JP2012146352A - 光ピックアップおよび光情報処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の記録再生層を有する光ディスクの所定の記録再生層以外の層からの迷光によりトラッキング誤差信号のオフセットが発生せず、安定したトラッキング制御が可能な光ピックアップおよび光情報処理装置を提供する。
【解決手段】光ピックアップは、光源からの出射光を光記録媒体に集光する集光部と、光記録媒体からの反射光を非回折光および第1から第6の1次回折光に少なくとも分離するホログラム素子の回折素子41と、非回折光および第1から第6の1次回折光を受光する光検出器50とを備える。光検出器50の領域51k,51mは、領域51a〜51dに対してX軸方向にシフトした位置であり、かつX軸を挟んで対向する位置に配置されている。光検出器50の領域51i,51jは、X軸を挟んで領域51k,51mの外側に配置されている。
【選択図】図5

Description

この発明は、光ピックアップおよび光情報処理装置に関し、より特定的には、複数の記録再生層を有する光ディスク等の光情報記録媒体に対して、光学的に情報を記録または再生する光ピックアップおよびそれを備えた光情報処理装置に関する。
光ディスクは、多量の情報信号を高密度で記録することができるため、オーディオ、ビデオ、コンピュータ等の多くの分野において利用が進められている。最近は、BD(Blue-ray Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、CD(Compact Disc)などの複数種類の光ディスクに対して情報を記録および再生する記録再生機器がある。
上記のような記録再生機器の中には、ノートパソコン等の電子機器に組み込まれるものもある。その場合、薄型で小型の光ディスクドライブが必要である。また、情報量の増加にともない、光ディスクの多層化が検討されている。たとえば特許文献1は、複数種類の光ディスクに対応した光ピックアップにおいて、複数の記録再生層を有する光ディスクに対応させた光ピックアップを開示している。以下に、特許文献1に開示された光ピックアップの構成要素について説明する。
図11は、従来のホログラム素子100の分割領域を示した概略図である。
図11を参照して、破線は、ホログラム素子100上での光ディスクからの反射光のビーム径101を示す。図11において、Y方向が光ディスクのトラック方向である。ホログラム素子100は、領域102〜108の7つの領域に分割されている。領域102,103は、メイン領域としてメインプッシュプル信号の検出に用いられる。領域104〜107は、サブ領域として対物レンズシフトの検出に用いられる。
図12は、従来の光検出器200の受光部の配置を示した概略図である。
図12を参照して、光検出器200は、4分割受光部201と、メイン領域受光部群202と、受光部205,206とを含む。メイン領域受光部群202は、受光部203,204を含む。メイン領域受光部群202は、4分割受光部201に対してY方向に配置される。受光部203,204は、X方向に隣接して配置される。受光部205,206は、4分割受光部201とメイン領域受光部群202との間に配置される。
図11のホログラム素子100で回折されない0次光201Sは、4分割受光部201により受光され、フォーカス誤差信号および再生信号が生成される。ホログラム素子100の領域102で回折された光ビームは、受光部203により受光される。領域103で回折された光ビームは、受光部204により受光される。領域104,105で回折された光ビームは、受光部205により受光される。領域106,107で回折された光ビームは、受光部206により受光される。また、図12を参照して、斜線部は、記録再生層を4層有する光ディスクにおける最小層間隔の関係にある2つの記録再生層の間で発生した迷光207〜211を示す。図12に示すように、光検出器200の各受光部に、迷光207〜211は入射しない配置となっている。
特開2008−135151号公報(図28、29等)
図11,12において、ホログラム素子100の領域102,103で回折された迷光は、メイン領域受光部群202に入射していない。しかし、最小層間隔以外の場合を考慮すると、層間隔の大きい2つの記録再生層の間で発生した迷光は、光検出器200の受光部上での迷光サイズが大きくなる。そのため、層間隔の大きい2つの記録再生層の間で発生した迷光は、メイン領域受光部群202に入射する可能性がある。
上記の場合、すべての迷光が入射しない位置にメイン領域受光部群202を配置することは困難である。最小層間隔以外の迷光が受光部に入射して光ピックアップの対物レンズ位置がレンズシフトした場合、受光部上で迷光位置がシフトする。このため、当該迷光の影響により、トラッキング誤差信号にオフセットが発生する。この場合、安定したトラッキング制御ができないという課題が発生する。
また、図12の光検出器200では、受光部201から受光部203,204までの距離が、受光部201から受光部205,206までの距離と比較して離れている。このような距離の違いにより、図11のホログラム素子100の各分割領域で格子ピッチが異なる。図12の光検出器200の場合、格子ピッチは、領域102,103と比較して領域104〜107の方が狭くなる。このように、分割領域の位置により格子ピッチが異なる場合、製造時にホログラム素子100の各領域で回折効率にばらつきが生じやすい。このばらつきにより、トラッキング誤差信号にオフセット等が発生する。
また、量産可能な格子ピッチは、1μm程度である。ゆえに、格子ピッチが狭い領域で回折された光ビームを受光部203,204に入射させるには、ホログラム素子100と光検出器200との距離を遠ざける必要がある。この場合、光検出器200のサイズが大きくなることから、光ピックアップのコストアップになるとともに、光ピックアップの設計自由度が制限されるという課題がある。
それゆえに、この発明の目的は、複数の記録再生層を有する光ディスクに対して光学的に情報を記録または再生する光ピックアップにおいて、所定の記録再生層以外の層からの迷光によりトラッキング誤差信号のオフセットが発生せず、安定したトラッキング制御が可能な光ピックアップおよび光情報処理装置を提供することである。
この発明のある局面によれば、複数の記録再生層を含む光記録媒体に対して情報を記録または再生する光ピックアップであって、光源からの出射光を光記録媒体に集光する集光部と、光記録媒体からの反射光を非回折光および第1から第6の1次回折光に少なくとも分離する光分離素子と、非回折光および第1から第6の1次回折光を受光する光検出器とを備えている。光検出器は、第1および第2の1次回折光を受光する第1の領域と、第3および第4の1次回折光を受光する第2の領域と、第5の1次回折光を受光する第3の領域と、第6の1次回折光を受光する第4の領域と、非回折光を受光する第5の領域とを含んでいる。集光部が光記録媒体のトラック溝と垂直な方向に移動する際に光検出器上で光ビームが移動する方向をX軸方向とした場合、第1および第2の受光領域は、第5の領域に対してX軸方向にシフトした位置であり、かつX軸を挟んで対向する位置に配置されており、第3および第4の受光領域は、X軸を挟んで第1および第2の受光領域の外側に配置されている。
好ましくは、第1の受光領域と第2の受光領域との間隔は、第1の受光領域と第3の受光領域との間隔および第2の受光領域と第4の受光領域との間隔のいずれの間隔よりも短くなるように配置されている。
好ましくは、第5の受光領域と第1または第2の受光領域との距離は、第5の受光領域と第3または第4の受光領域との距離より短い。
好ましくは、第1から第4の受光領域の受光部中心は、X軸と垂直方向の同一直線上に配置されている。
好ましくは、光分離素子は、光記録媒体の所定の記録再生層以外の層から生じる迷光を、光検出器の第1から第4の受光領域に入射しない位置に回折する。
好ましくは、第1および第2の受光領域は、集光部の対物レンズシフトに対応したレンズシフト信号を検出し、第3および第4の受光領域は、プッシュプル信号を検出する。
この発明の他の局面によれば、光ピックアップを搭載した光情報処理装置であって、光ピックアップは、複数の記録再生層を含む光記録媒体に対して情報を記録または再生する光ピックアップであって、光源からの出射光を光記録媒体に集光する集光部と、光記録媒体からの反射光を非回折光および第1から第6の1次回折光に少なくとも分離する光分離素子と、非回折光および第1から第6の1次回折光を受光する光検出器とを備え、光検出器は、第1および第2の1次回折光を受光する第1の領域と、第3および第4の1次回折光を受光する第2の領域と、第5の1次回折光を受光する第3の領域と、第6の1次回折光を受光する第4の領域と、非回折光を受光する第5の領域とを含み、集光部が光記録媒体のトラック溝と垂直な方向に移動する際に光検出器上で光ビームが移動する方向をX軸方向とした場合、第1および第2の受光領域は、第5の領域に対してX軸方向にシフトした位置であり、かつX軸を挟んで対向する位置に配置されており、第3および第4の受光領域は、X軸を挟んで第1および第2の受光領域の外側に配置されている。
この発明の実施の形態によれば、複数の記録再生層を有する光ディスクに対して光学的に情報を記録または再生する光ピックアップにおいて、所定の記録再生層以外の層からの迷光によりトラッキング誤差信号のオフセットが発生せず、安定したトラッキング制御を行なうことが可能となる。
この発明の実施の形態1による光ピックアップ90Aの構成および光路を示した概略図である。 実施の形態1の光ピックアップ90Aにおけるホログラム素子40の構成を示した概略図である。 ホログラム素子40における回折素子41の分割パターンおよびプッシュプルパターンを示した図である。 ホログラム素子40における回折素子42の分割パターンおよびプッシュプルパターンを示した図である。 ホログラム素子40を採用した場合における光検出器50の受光部パターンおよび迷光を示した図である。 対物レンズシフト(±200μm)が発生した状況で、光検出器50の領域51k,51mに1次迷光71,72が入射した場合のトラッキング誤差信号TES2を示した図である。 対物レンズシフト(±200μm)が発生した状況で、光検出器50の領域51k,51mに1次迷光71,72が入射しない場合のトラッキング誤差信号TES2を示した図である。 層の記録再生層を有する光ディスク(BD)において、再生層と再生層以外の層との層間隔が最も広い条件である、L0層(光線の入射側から最も遠い層)再生時のL3層(光線の入射側に最も近い層)からの迷光を示した図である。 この発明の実施の形態2による光ピックアップ90Bの構成および光路を示した概略図である。 実施の形態2の光ピックアップ90Bにおける検出ブロック60の構成を示した図である。 従来のホログラム素子100の分割領域を示した概略図である。 従来の光検出器200の受光部の配置を示した概略図である。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による光ピックアップ90Aの構成および光路を示した概略図である。
図1を参照して、実施の形態1の光ピックアップ90Aは、光源1〜3と、光結合素子4と、複合素子5と、受光素子6と、ビームスプリッタ7と、コリメータレンズ8と、駆動部9と、折り曲げミラー10と、1/4波長板11と、対物レンズ21,22と、対物レンズホルダ23と、検出レンズ30と、ホログラム素子40と、光検出器50とを備える。光ピックアップ90Aは、BD、DVD、CDなどの複数種類の光ディスク(光記録媒体)に対して光ビームを照射することにより、情報を書込んだり読み出したりすることができる光情報処理装置に一般に組み込まれる。
光ピックアップ90Aにおいて、光源1から出射した光ビームは、光結合素子4で光路が90度曲げられ、ビームスプリッタ7に入射する。光源2,3から出射した光ビームは、光結合素子4を透過して、ビームスプリッタ7に入射する。
光源1は、405nm帯(400〜415nm)の光ビームを放射する半導体レーザである。光源2は、660nm帯(650〜670nm)の光ビームを放射する半導体レーザである。光源3は、785nm帯(770〜800nm)の光ビームを放射する半導体レーザである。光源2,3は、一体化された2波長半導体レーザである。なお、光源1〜3の波長は、上記した波長には限られず、再生する光ディスクに対応する波長を適宜選択することが可能である。
光結合素子4は、光源1から放射される直線偏光の光ビームを反射し、光源2,3から放射される直線偏光の光ビームを透過する。光結合素子4は、たとえばダイクロイックプリズムである。
また、光源1からの直線偏光の光ビームを反射させるだけでなく、一定の比率だけ透過させる構成を採用することもできる。たとえば、光源1の透過光が光結合素子4から出射する位置にAPC(Automatic Power Control)用の受光素子6を配置することにより、光源1の光出力の制御が可能となる。また、光源2,3からの直線偏光の光ビームを一定の比率で反射させ、APC用の受光素子6に入射させることにより、光源1と同様に光源2,3の光出力も制御することが可能である。光結合素子4で分離する比率としては、光源1〜3とも、たとえば以下のように設定される。
(それぞれの光源からの出射光量):(APC用の受光素子6への入射光量)
=90〜95%:5〜10%
また、光源2,3と光結合素子4との間には、1/2波長板や3ビーム生成用回折素子を配置してもよい。実施の形態1では、1/2波長板と3ビーム生成用回折素子とを一体化した複合素子5を配置している。これにより、光源1〜3から出射される光ビームの偏光方向を回転させることができる。そのため、ビームスプリッタ7へ入射する光ビームの偏光方向を制御することが可能になるとともに、トラッキング誤差信号のための0次光(メインビーム)および±1次回折光(2つのサブビーム)を生成できる。
ここで、光源1〜3の配置は、実施の形態1の構成に限定されるものではなく、互いに入れ替えて配置してもよい。また、光源1と光結合素子4との間に、1/2波長板を配置してもよい。
光結合素子4から出射した光ビームは、ビームスプリッタ7によりコリメータレンズ8の方向へ反射される。ビームスプリッタ7は、光源1〜3から出射される直線偏光(たとえばS偏光)の光ビームを反射し、光ディスクで反射される直線偏光(たとえばP偏光)の光ビームを透過するように、設計がなされている。ビームスプリッタ7は、たとえば偏光ビームスプリッタである。ビームスプリッタ7で反射された光ビームは、コリメータレンズ8で平行光にされる。コリメータレンズ8は、ステッピングモータ、圧電素子等で構成される駆動部9により、Z軸方向に移動可能な構成となっている。コリメータレンズ8、駆動部9、対物レンズ21,22等を総称して「集光部」とも称する。
コリメータレンズ8で平行光にされた光ビームは、折り曲げミラー10で入射光とは異なる方向へ曲げられる。図1において、折り曲げミラー10は、入射光を90度方向に折り曲げているが、この角度は光ピックアップの構成に応じて適宜選択可能である。折り曲げミラー10で曲げられた光ビームは、1/4波長板11により直線偏光から円偏光に変換される。当該円偏光の光ビームは、立上げミラー(図示せず)によって光ディスクの方向に反射される。当該反射光のうち、光源1からの出射光は、対物レンズ21によって第1の光ディスク(図示せず)に集光される。当該反射光のうち、光源2,3からの出射光は、対物レンズ22によって第2および第3の光ディスク(図示せず)に集光される。第1〜第3の光ディスクは、カバー層が互いに異なる光ディスクである。
対物レンズ21,22は、アクチュエータの対物レンズホルダ23に取り付けられている。対物レンズ21,22は、同一のXZ平面内にあり、Y軸方向から見て、X軸方向にオフセットされた位置になるように配置されている。図1において、対物レンズ21,22はX軸方向に配置されているが、これは一例であり、Z軸方向に対物レンズ21,22が配置されていてもよい。
第1の光ディスクで反射された光ビームは、再び対物レンズ21を通過し、1/4波長板11で円偏光から直線偏光に変換される。第2および第3の光ディスクで反射された光ビームは、再び対物レンズ22を通過し、1/4波長板11で円偏光から直線偏光に変換される。1/4波長板11を通過した光ビームは、折り曲げミラー10およびコリメータレンズ8を経て、ビームスプリッタ7を透過する。当該透過光は、光源1〜3とは異なる方向に導かれ、検出レンズ30を通ってホログラム素子40に入射する。
ホログラム素子40は、トラッキング誤差信号の検出のために光ビームを分割するための光分離素子である。ホログラム素子40で非回折光と1次回折光とに分離された光ビームは、光検出器50に入射する。光検出器50は、サーボ信号または光ディスクに記録されている情報再生信号(RF信号)を検出する。
検出レンズ30は、凸面および円筒面から構成されるレンズである。円筒面は、光ビームに非点収差を発生させるためのものである。レンズ面形状は、後述するサーボ検出方法、光検出器の受光面サイズ等から設計される。そのため、検出レンズ30のレンズ面は、実施の形態1の形状に限定されるものではなく、たとえば凹面および平面の採用も可能である。また、検出レンズ30は、複数のレンズから構成されてもよい。
実施の形態1の検出レンズ30は、Z軸方向に調整可能な構造となっている。検出レンズ30は、レンズ周縁部(レンズコバ部)が調整用ガイドの機能を有する構成であってもよい。また、光検出器50がZ軸方向に調整可能であれば、検出レンズ30は、Z軸方向に調整されず固定配置の構造でもよい。
光検出器50は、第1から第3の光ディスクにて反射される光ビームを検出する。当該検出光により、第1から第3の光ディスクの記録再生時におけるフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号およびRF信号が得られる。
実施の形態1では、光源1として波長405nm程度の光ビームを出射する短波長光源を採用している。また、対物レンズ21として、NA(Numerical Aperture)0.85程度の高NA対物レンズを採用している。これらにより、第1の光ディスクのトラック上の情報を高密度で記録再生することが可能となる。しかしながら、光源1および対物レンズ21は、上記の構成に限定されるものではない。
また、上記のように、光源1として短波長光源を採用し、対物レンズ21として高NA対物レンズを採用した場合、第1の光ディスクのカバー層の厚み誤差により大きな球面収差が発生することになる。そこで、実施の形態1の光ピックアップ90Aでは、このカバー層の厚み誤差で生じる球面収差を補正するために、コリメータレンズ8を光軸方向に位置調整する駆動部9が設けられている。
上記の駆動部9の他にも、光ピックアップ90Aでは、コリメータレンズ8と対物レンズ21との光路間に、2枚のレンズ群で構成されるビームエキスパンダが配置されてもよい。ビームエキスパンダが配置された構成では、2枚のレンズ群の間隔を調整するビームエキスパンダ駆動機構により、カバー層の厚み誤差で生じる球面収差を補正する。
なお、上述した光ピックアップ90Aの構成は、3つの波長の光源1〜3に対応した構成となっているが、2波長のみ、もしくは1波長のみに対応した構成でもよい。
図2は、実施の形態1の光ピックアップ90Aにおけるホログラム素子40の構成を示した概略図である。
図2を参照して、ホログラム素子40は、第1の波長に対応した回折素子41と、第2の波長に対応した回折素子42とを含む。回折素子41は、第1の波長のみを回折する。回折素子42は、第2の波長のみを回折する。このように、回折素子41,42は、波長選択性を有する。実施の形態1のホログラム素子40は、第3の波長に対しても回折光を生成するが、当該回折光は信号検出には用いられない。
図3は、ホログラム素子40における回折素子41の分割パターンおよびプッシュプルパターンを示した図である。
図3を参照して、破線は、回折素子41上のプッシュプルパターン43を示す。回折素子41は、トラッキング誤差信号を検出するために7分割されている。具体的には、プッシュプル信号を検出するため、回折素子41は、分割線410,411,414で分割された領域41aと、分割線410,411,415で分割された領域41bとの2つの領域を含む。また、対物レンズシフト信号を検出するため、回折素子41は、分割線410〜413で分割された領域41c〜41fの4つの領域を含む。
さらに、回折素子41は、分割線412〜415で分割された中央の領域41gを含む。領域41gは、光検出器50の受光部に入射しない位置に光ビームを回折させるか、格子溝を設けずに光ビームを透過させる構成を有する。すなわち、領域41gは、トラッキング誤差信号の検出には用いない。
回折素子41において、分割線410と分割線411との間隔は、プッシュプルパターン43の直径に対して60%以上であることが望ましい。60%以上とすることにより、対物レンズシフト信号を検出する領域41c〜41fにプッシュプル信号成分が入射しない。そのため、良好な対物レンズシフト信号を検出することが可能となる。回折素子41の格子ピッチは、回折素子41から光検出器50の受光部までの距離と、当該受光部パターンの位置関係とから決まる。
図4は、ホログラム素子40における回折素子42の分割パターンおよびプッシュプルパターンを示した図である。
図4を参照して、破線は、回折素子42上のプッシュプルパターン44を示す。回折素子42もまた、トラッキング誤差信号を検出するために7分割されている。具体的には、プッシュプル信号を検出するため、回折素子42は、分割線420,421,424で分割された領域42aと、分割線420,421,425で分割された領域42bとの2つの領域を含む。また、対物レンズシフト信号を検出するため、回折素子42は、分割線420〜423で分割された領域42c〜42fの4つの領域を含む。
さらに、回折素子42は、分割線422〜425で分割された中央の領域42gを含む。領域42gは、光検出器50の受光部に入射しない位置に光ビームを回折させるか、格子溝を設けずに光ビームを透過させる構成を有する。すなわち、領域42gは、トラッキング誤差信号の検出には用いない。
回折素子42において、分割線420と分割線421との間隔は、プッシュプルパターン44の直径に対して60%以上であることが望ましい。60%以上とすることにより、対物レンズシフト信号を検出する領域42c〜42fにプッシュプル信号成分が入射しない。そのため、良好な対物レンズシフト信号を検出することが可能となる。回折素子42の格子ピッチは、回折素子42から光検出器50の受光部までの距離と、当該受光部パターンとから決まる。
なお、回折素子41,42の分割パターンは、上記のものに限定されない。回折素子41,42の分割パターンは、互いに異なっていてもよい。また、回折素子41,42のそれぞれのパターン中心は、光学系に合わせて相対位置を決めることにより製造される。このとき、回折素子41,42は、パターン中心を一致させてもよいし、所定量だけオフセットさせてもよい。
実施の形態1において、ホログラム素子40は、BD、DVDおよびCDに対して、波長選択性を有する構成となっている。しかし、ホログラム素子40は、当該構成に限定されない。たとえば、ホログラム素子40は、BDに対してレリーフ型のホログラムとし、DVDおよびCDにのみ波長選択性を有する構成としてもよい。
図5は、ホログラム素子40を採用した場合における光検出器50の受光部パターンおよび迷光を示した図である。
図5を参照して、光検出器50は、回折素子41の非回折光(0次光)を受光する4つの領域51a,51b,51c,51dと、回折素子41の1次回折光を受光する4つの領域51i,51j,51k,51mとを含む。領域51a〜51dは、回折素子41の非回折光adsを受光する。
領域51iは、回折素子41の領域41aで回折される1次回折光isを受光する。領域51jは、回折素子41の領域41bで回折される1次回折光jsを受光する。領域51kは、回折素子41の領域41c,41dでそれぞれ回折される1次回折光ks2,ks1を受光する。領域51mは、回折素子41の領域41e,41fでそれぞれ回折される1次回折光ms2,ms1を受光する。すなわち、領域51i,51jの出力信号は、プッシュプル信号の検出に用いられ、領域51k,51mの出力信号は、対物レンズシフト信号の検出に用いられる。
さらに、光検出器50は、領域51e〜51hと、領域51e2〜51h2と、領域510a〜510hと、領域510e2〜510h2とを含む。図5はまた、4層の記録再生層を有する光ディスク(BD)において、再生層と再生層以外の層との層間隔が最も狭い条件である、L3層(光線の入射側に最も近い層)再生時のL3層に隣接するL2層からの0次迷光70および1次迷光71,72を示す。
光検出器50の受光部パターンは、図1の光源1,2から出射され複合素子5で生成されるメインビームが共通の受光部パターンで受光される構成となっている。しかしながら、これは一例であり、光源1,3または光源2,3からの出射光が共通の受光部パターンで受光される構成であってもよい。
回折素子41は、本来、領域51a〜51dの中心と回折素子41のパターン中心とが一致し、Z軸方向にある間隔をもって配置されている。しかし、図5では便宜上、回折素子41は、光検出器50に対してY方向にシフトした位置に配置されている。
光検出器50の領域51i〜51mは、回折素子41,42の分割線412,413,422,423と平行な方向に配列されていることが望ましい。これにより、製造公差、部品公差、光源の波長変動等の誤差要因が発生した場合でも、光検出器50の受光部(領域)から集光スポットがはみ出るのを防ぐことが出来る。その結果、光ピックアップ90Aにおいて安定したサーボ制御が可能となる。
ここで、図5を参照して、サーボ信号生成の動作を説明する。ここでは、光検出器50の領域51a〜51d、51i〜51mの出力信号を、それぞれSa〜Sd、Si〜Smと表わすことにする。このとき、情報再生信号RFは、非回折光の出力信号を用いて、以下の演算式により検出される。
RF=Sa+Sb+Sc+Sd
DPD(Differential Phase Detection)法によるトラッキング誤差信号TES1は、出力信号Sa〜Sdの位相を比較することにより検出される。
1ビームDPP(Differential Push-Pull)法によるトラッキング誤差信号TES2は、以下の演算式により検出される。
TES2=(Si−Sj)−α(Sk−Sm)
ここで、αは対物レンズシフトや光ディスクチルトによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。
フォーカス誤差信号FESは、非点収差法を用いて、以下の演算式により検出される。
FES=(Sa+Sc)−(Sb+Sd)
上記のように、回折素子42で回折される光源2からの光ビームは、光源1からの光ビームと共通の受光パターンで受光される。そのため、出力信号から同じ演算によりサーボ信号が検出される。
次に、光源2から出射され、複合素子5のグレーティング面により3ビームが生成される場合のサーボ信号検出について説明する。
図5を参照して、3ビームによるサーボ信号検出には、領域51a〜51h、51e2〜51h2の12領域が用いられる。ここでは、光検出器50の領域51a〜51h、51e2〜51h2の出力信号を、それぞれSa〜Sh、Se2〜Sh2と表わすことにする。このとき、情報再生信号RFは、非回折光の出力信号を用いて、下記に示される演算式により検出される。
RF=Sa+Sb+Sc+Sd
3ビーム法によるトラッキング誤差信号TES3は、以下の演算式により検出される。
TES3={(Sa+Sb)−(Sc+Sd)}−α{(Se+Se2+Sf+Sf2)−(Sg+Sg2+Sh+Sh2)}
ここで、αは対物レンズシフトや光ディスクチルトによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。
フォーカス誤差信号FES2は、非点収差法を用いて以下の演算式により検出される。
FES2=(Sa+Sc)−(Sb+Sd)
上記では、フォーカス誤差信号FES2の検出に非点収差法を用いている。しかしながら、フォーカス誤差信号の検出には、差動非点収差法を用いてもよい。この場合、フォーカス誤差信号FES3は、以下の演算式により検出される。
FES3={(Sa+Sc)−(Sb+Sd)}+β{(Se+Se2+Sg+Sg2)−(Sf+Sf2+Sh+Sh2)}
ここで、βはフォーカス誤差信号に漏れ込むプッシュプル信号成分をキャンセルするのに最適な係数に設定される。
3ビームによりサーボ信号を検出する場合、領域51i〜51mにも光ビームは入射する。しかし、当該入射光は、サーボ信号には用いられない。
次に、光源3から出射され、複合素子5のグレーティング面により3ビームが生成される場合のサーボ信号検出について説明する。
図5を参照して、3ビームによるサーボ信号検出には、領域510a〜510h、510e2〜510h2の12領域が用いられる。ここでは、光検出器50の領域510a〜510h、510e2〜510h2の出力信号を、それぞれS0a〜S0h、S0e2〜S0h2と表わすことにする。このとき、情報再生信号RFは、非回折光の出力信号を用いて、以下の演算式により検出される。
RF=S0a+S0b+S0c+S0d
3ビーム法によるトラッキング誤差信号TES4は、以下の演算式により検出される。
TES4={(S0a+S0b)−(S0c+S0d)}−α{(S0e+S0e2+S0f+S0f2)−(S0g+S0g2+S0h+S0h2)}
ここで、αは対物レンズシフトや光ディスクチルトによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。
フォーカス誤差信号FES4は、非点収差法を用いて以下の演算式により検出される。
FES4=(S0a+S0c)−(S0b+S0d)
実施の形態1では、光源1〜3の3つの波長に対応したサーボ検出方法を示している。しかしながら、光検出器50の受光部パターンは、実施の形態1に示す構成には限られず、光源1〜3と受光領域との組合せが変わってよい。
続いて、複数の記録再生層を有する光ディスクを再生する際、必要な情報が記録されている記録再生層(信号再生層)以外の層からの迷光(以下、他層迷光とも称す)の影響について説明する。
図5は、上記の条件での他層迷光である0次迷光70および1次迷光71,72が光検出器50に入射する位置を表わす。この条件において、信号再生層と迷光を発生する層との間隔が最も狭くなる。
0次迷光70は、回折素子41の非回折光を示す。1次迷光71,72は、回折素子41の領域41a,41bで回折された迷光をそれぞれ示す。図5の条件では、回折素子41での迷光のサイズが信号再生層からの反射光のサイズより小さく、領域41c〜41fに入射しない。そのため、図5には、回折素子41の領域41c〜41fに対応する迷光分布が描かれていない。
図5を参照して、光検出器50の領域51iと領域51kとの間隔は、1次迷光71が入射しない距離に設定されている。同様に、領域51jと領域51mとの間隔は、1次迷光72が入射しない距離に設定されている。そのため、生成されるトラッキング誤差信号にオフセットが発生せず、安定したサーボ制御が可能となる。
ここで、領域51kと領域51mとの間隔をY1、領域51iと領域51kとの間隔をY2、領域51jと領域51mとの間隔をY3とする。このとき、Y2>Y1、Y3>Y1の関係であることが望ましい。この配置の場合、図5に示すように、ホログラム素子40で回折される1次迷光71,72が光検出器50の領域51i〜51mに入射しない条件を、領域の間隔を狭く保ったまま実現できる。
逆に、Y2≦Y1、Y3≦Y1の場合、1次迷光71,72が光検出器50の領域51i〜51mに入射しない条件にすると、領域51kと領域51mとの間隔Y1が図5の場合より広がってしまう。この場合、光検出器50の領域51iと領域51jとの間隔も広がるため、全体として光検出器50のサイズが大きくなる。その結果、光検出器50のコストが高くなってしまう。
また、Y2≦Y1、Y3≦Y1の場合、光検出器50の領域の間隔を狭く保とうとすると、1次迷光71が領域51kに入射するとともに、1次迷光72が領域51mに入射してしまう。この場合、トラッキング誤差信号にオフセットが発生し、安定したトラッキング制御が困難となる。
よって、上記のように、光検出器50の各領域をY2>Y1、Y3>Y1の関係に配置することにより、光検出器50のサイズを大きくすることなく、安定したトラッキング制御を行なうことが可能となる。加えて、光検出器50のサイズが小さくなることから、光ピックアップ90Aのコストも低減できる。
図6は、対物レンズシフト(±200μm)が発生した状況で、光検出器50の領域51k,51mに1次迷光71,72が入射した場合のトラッキング誤差信号TES2を示した図である。
図6に示すように、対物レンズシフトが発生した状況で、光検出器50の領域51k,51mに1次迷光71,72が入射した場合、トラッキング誤差信号にオフセットが発生する。ここで、図6を参照して、プッシュプル信号の信号振幅をAC1、発生するオフセットをDC1とした場合、オフセット量DC1/AC1は約12.3%となる。安定したトラッキング制御を行なうためには、10%以下のオフセット量が望ましい。よって、1次迷光71,72が領域51k,51mに入射する光検出器50の受光領域の配置では、安定したトラッキング制御が困難である。
図7は、対物レンズシフト(±200μm)が発生した状況で、光検出器50の領域51k,51mに1次迷光71,72が入射しない場合のトラッキング誤差信号TES2を示した図である。
図7に示すように、対物レンズシフトが発生した状況で、光検出器50の領域51k,51mに1次迷光71,72が入射しない場合、トラッキング誤差信号にオフセットはほとんど発生しない。実施の形態1の光ピックアップ90Aはこの構成であり、光検出器50の領域51k,51mに、記録再生層以外の層から発生する迷光は入射しない。ここで、図7を参照して、プッシュプル信号の信号振幅をAC2、発生するオフセットをDC2とした場合、オフセット量DC2/AC2は約2.5%となる。よって、安定したトラッキング制御が可能となる。
なお、迷光の受光状態は、記録再生層および記録再生層以外の層の層間距離、ホログラム素子40での迷光のスポットサイズ等で変化する。光ディスクとして4層の記録再生層を有するBDを用いた場合、層間距離は10〜50μm程度に設定される。また、層間隔が広くなると、光検出器50上での迷光サイズは大きくなる。
図8は、4層の記録再生層を有する光ディスク(BD)において、再生層と再生層以外の層との層間隔が最も広い条件である、L0層(光線の入射側から最も遠い層)再生時のL3層(光線の入射側に最も近い層)からの迷光を示した図である。
図8は、上記の条件での他層迷光である0次迷光80および1次迷光81〜86が図7で説明した光検出器50に入射する位置を表わす。0次迷光80は、回折素子41の非回折光を示す。1次迷光81〜86は、回折素子41の領域41a〜41fで回折された迷光をそれぞれ示す。図8の条件では、回折素子41での迷光のサイズが信号再生層からの反射光のサイズより大きく、領域41c〜41fに入射する。そのため、図8には、回折素子41の領域41c〜41fに対応する迷光分布も描かれている。
上記の場合においても、図8に示すように、領域51i〜51mに1次迷光81〜86が入射することはない。そのため、トラッキング誤差信号にオフセットは発生せず、安定したトラッキング制御が可能となる。
また、光検出器50の受光部パターンは、0次迷光70,80が領域51i〜51mに入射しないことが望ましい。ホログラムの回折効率は、(0次効率):(1次効率)=10:1程度に設定される。領域51i〜51mで受光される記録再生層の信号光は、ホログラム素子40の1次回折光を利用する。一方、0次迷光70,80は、ホログラム素子40の非回折光である。したがって、1次回折光を利用する信号光と比べて、非回折光を含む光検出器50の受光光量が大きい。
信号光に対する受光光量の大きさは、光ピックアップ90Aの信号品質に影響を与えることが考えられる。具体的には、光ディスクの記録再生層以外の層の記録状態が影響を受けるとともに、記録再生層からの反射光と他層迷光との干渉により光ピックアップ90Aの信号品質が悪化する。
実施の形態1では、0次迷光70,80が入射しない位置に領域51i〜51mを配置することで、他層迷光の影響を受けないようにしている。このような配置により、品質のよいトラッキング誤差信号を検出でき、安定したトラッキング制御が可能となる。
たとえば、光ピックアップ90Aの復路焦点距離が10.5mm、対物レンズ21,22の焦点距離が1.1765mm、および光ディスクの記録再生層と記録再生層以外の層との間隔が最大50μmであるとする。このとき、0次迷光70,80のサイズは、受光面上で半径0.55mm程度のサイズで光検出器50に入射する。
また、ホログラム素子40の回折素子41で回折される回折光は、組立公差等を考慮に入れると、設計位置に対して±0.05〜0.1mm程度だけ光検出器50での受光位置が変化する。そのため、光検出器50の領域51i〜51mは、それぞれ回折方向に0.1〜0.2mm程度の長さが必要となる。
よって、光検出器50の領域51a〜51dからなる4分割受光部の中心(以下、4分割受光部中心とも称す)と、領域51a〜51dそれぞれの受光部中心との距離は、
0次迷光サイズ半径0.55mm + 領域51i〜51m長さ0.1mm
の0.65mm以上離れていることが望ましい。4分割受光部中心から領域51a〜51dそれぞれの受光部中心までの距離を0.65mm以上離すことにより、0次迷光70,80が領域51i〜51mに入射しない。そのため、トラッキング誤差信号にオフセットが発生しない安定したトラッキング制御が可能となる。
また、光検出器50の受光面と、ホログラム素子40の回折素子41との距離が3.5mmであるとする。この場合、一般的に製造可能なホログラム素子40の回折素子41,42の格子ピッチは、1μm程度である。そのため、4分割受光部中心から領域51i〜51mそれぞれの受光部中心までの距離は、1.4mm以下であることが望ましい。
加えて、図8の条件では、0次迷光80が非点収差を有するため、0次迷光80は斜め方向の楕円形状となる。さらに、光ディスクのL0層とL3層との層間隔が広がった場合、光検出器50の領域51jの方向に0次迷光80が拡がる。
従来の光ピックアップ構成では、図8の場合とは異なり、0次迷光80のサイズが大きくなる方向に光検出器50の領域51i〜51mが配置されていた。そのため、0次迷光80と領域51i〜51mとが近接し、組立公差や調整公差が発生した際に0次迷光80が領域51i〜51mに入射する可能性が高くなる。0次迷光80が領域51i〜51mに入射した場合、トラッキング誤差信号にオフセットが発生することになり、安定したトラッキング制御が困難となる。
一方、本願の図8では、光検出器50の領域51i,51jが受光部中心(X軸上)からY方向にオフセットした位置に配置され、かつ領域51i〜51mの受光部中心が同一直線上になるように配置されている。Y方向は、光ディスクのトラック方向に相当する。一方、検出レンズ30の円筒面により、プッシュプルパターンが90度回転して光検出器50に入射する。そのため、図8の光検出器50の配列においても、90度回転した方向をトラック方向としている。
上記のような光検出器50の配置とすることにより、光ディスクの記録再生層と記録再生層以外の層との距離が拡がった場合でも、0次迷光80と領域51i〜51mとは近接しない。そのため、0次迷光80が光検出器50の領域51i〜51mに入射するのを避けることができる。その結果、トラッキング誤差信号のオフセットを抑えることができ、安定したトラッキング制御が可能となる。
また、光検出器50の領域51i〜51mを同一直線上に配置することにより、領域51i〜51m以外のスペースにアンプ回路、演算回路等を容易に配置することができる。これにより、光検出器50の設計時間を短縮することが可能となり、光検出器50のコストを下げることができる。その結果、光ピックアップ90A全体のコストを低減することが可能となる。
加えて、光検出器50の4分割受光部中心から領域51i〜51mそれぞれの受光部中心までの距離の差を、従来と比較して小さくできる。そのため、回折素子41の領域41a〜41f間の格子ピッチの差を縮小でき、製造時の各領域での回折効率のばらつきを抑えることができる。そのため、安定したトラッキング制御が可能となる。さらに、ホログラム素子40の格子ピッチの差が小さいことから、入射ビームが最小格子ピッチ付近であってもホログラム素子40を配置しやすくなる。よって、光ピックアップ90Aの設計自由度を向上させることができる。
実施の形態1では、光検出器50の領域51i〜51mの受光部中心が同一直線上に配置されている。しかし、上述した非点収差を有する図8の0次迷光80が最も大きくなる条件で0次迷光80が領域51i〜51mに入射しない位置に、領域51i〜51mを配置することも可能である。その場合、領域51i,51jは、領域51a〜51dと接近するようにX軸方向にシフトした配置となる。ゆえに、光検出器50の4分割受光部中心と領域51i〜51mとの距離の差を小さくできる。
上記により、回折素子41,42のそれぞれの領域を同程度の格子ピッチで製造することができ、回折格子41,42内で分割された領域間のばらつきを抑えることができる。これにより、光検出器50の領域51i〜51mで受光される光量のばらつきが抑えられ、より安定したトラッキング制御が可能となる。
以上のように、実施の形態1の光ピックアップ90Aは、光検出器50において、図5および図8に示すような領域51i〜51mの配置となっている。これにより、1以上の記録再生層を有する光ディスクにおいて、再生層と再生層以外の層との層間隔が最も広い場合および最も狭い場合でも、他層迷光が領域51i〜51mに入射しなくなる。したがって、安定したトラッキング制御が可能となる。
[実施の形態2]
図9は、この発明の実施の形態2による光ピックアップ90Bの構成および光路を示した概略図である。
図9を参照して、実施の形態2の光ピックアップ90Bは、ホログラム素子40および光検出器50に代えて、ホログラム素子40と光検出器50とを一体化した検出ブロック60が設けられた点において、図1の光ピックアップ90Aと異なる。よって、実施の形態1と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。
図10は、実施の形態2の光ピックアップ90Bにおける検出ブロック60の構成を示した図である。
図10を参照して、検出ブロック60は、ホログラム素子40と、光検出器50と、保持部材53とを含む。ホログラム素子40は、表面に回折素子面45が形成されている。光検出器50は、受光素子51と、パッケージ部材52とを含む。受光素子51は、複数の光ディスクからの反射光を検出する。パッケージ部材52は、受光素子51を固定するとともに、パッケージ外に信号を出力するための電気配線を含む。受光素子51およびパッケージ部材52は、ワイヤーボンディング等により結線されている。
保持部材53は、ホログラム素子40と光検出器50との間隔を調整し保持する。保持部材53は、亜鉛等の金属成型品や樹脂成型品で構成される。成型品の場合、一般に加工精度を±0.1mm以下に抑えることができる。そのため、当該構成で検出ブロック60を組み立てることにより、従来行なわれていたホログラム素子40と光検出器50の受光素子51との間隔の調整(Z軸方向)は不要となる。そのため、光ピックアップ90Bの組立工程が簡略化でき、コストの削減が可能となる。
以上のように、実施の形態2の検出ブロック60は、ホログラム素子40および保持部材53により光検出器50の受光素子51を封止する。そのため、受光素子51上にほこり等が付着するのを防ぐことができ、従来の光検出器にあった封止用部材が必要ない。そのため、光ピックアップ90Bのコスト低減が可能となる。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の光ピックアップは、光情報記録媒体に対して光学的に情報を記録または再生する光ピックアップ全般において好適に利用できる。
1〜3 光源、4 光結合素子、5 複合素子、6,51 受光素子、7 ビームスプリッタ、8 コリメータレンズ、9 駆動部、10 ミラー、11 波長板、21,22 対物レンズ、23 対物レンズホルダ、30 検出レンズ、40,100 ホログラム素子、41,42 回折素子、45 回折素子面、50,200 光検出器、52 パッケージ部材、53 保持部材、60 検出ブロック、90A,90B 光ピックアップ、201 分割受光部、202 メイン領域受光部群。

Claims (7)

  1. 複数の記録再生層を含む光記録媒体に対して情報を記録または再生する光ピックアップであって、
    光源からの出射光を前記光記録媒体に集光する集光部と、
    前記光記録媒体からの反射光を非回折光および第1から第6の1次回折光に少なくとも分離する光分離素子と、
    前記非回折光および前記第1から第6の1次回折光を受光する光検出器とを備え、
    前記光検出器は、
    前記第1および第2の1次回折光を受光する第1の領域と、
    前記第3および第4の1次回折光を受光する第2の領域と、
    前記第5の1次回折光を受光する第3の領域と、
    前記第6の1次回折光を受光する第4の領域と、
    前記非回折光を受光する第5の領域とを含み、
    前記集光部が前記光記録媒体のトラック溝と垂直な方向に移動する際に前記光検出器上で光ビームが移動する方向をX軸方向とした場合、
    前記第1および第2の受光領域は、前記第5の領域に対して前記X軸方向にシフトした位置であり、かつ前記X軸を挟んで対向する位置に配置されており、
    前記第3および第4の受光領域は、前記X軸を挟んで前記第1および第2の受光領域の外側に配置されている、光ピックアップ。
  2. 前記第1の受光領域と前記第2の受光領域との間隔は、前記第1の受光領域と前記第3の受光領域との間隔および前記第2の受光領域と前記第4の受光領域との間隔のいずれの間隔よりも短い、請求項1に記載の光ピックアップ。
  3. 前記第5の受光領域と前記第1または第2の受光領域との距離は、前記第5の受光領域と前記第3または第4の受光領域との距離より短い、請求項1または2に記載の光ピックアップ。
  4. 前記第1から第4の受光領域の受光部中心は、前記X軸と垂直方向の同一直線上に配置されている、請求項1〜3のいずれかに記載の光ピックアップ。
  5. 前記光分離素子は、前記光記録媒体の所定の記録再生層以外の層から生じる迷光を、前記光検出器の前記第1から第4の受光領域に入射しない位置に回折する、請求項1〜4のいずれかに記載の光ピックアップ。
  6. 前記第1および第2の受光領域は、前記集光部の対物レンズシフトに対応したレンズシフト信号を検出し、前記第3および第4の受光領域は、プッシュプル信号を検出する、請求項1〜5のいずれかに記載の光ピックアップ。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の光ピックアップを搭載した光情報処理装置。
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