JPH04255923A - 光ピックアップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ディスク信号読み取り
用光ピックアップに関し、特に簡単な構成で小型な光ピ
ックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光ディスク用ピックアップは、図
１７に構成を示すように、レーザダイオード１、コリメ
ータレンズ２、偏光ビームスプリッタ３、４分の１波長
板４、対物レンズ５、及び、図示していない焦点検出用
光学素子（例えば、臨界角プリズム、シリンドリカルレ
ンズ）、受光素子（分割型のフォトダイオード）６等の
個別の部品を組み合わせることにより構成されていたた
めに、小型化の限界に達していた。

【０００３】このような問題点を解決するめに、集光グ
レーティングカップラを主体とした光ＩＣ型のピックア
ップが提案されているが（「Ｏ　　ｐｌｕｓ　　Ｅ」１
９８６年３月号ｐｐ．１０２〜１０８）、これは、基本
的には、上記のような個別部品のレイアウトを一体化し
ているだけであり、光路の途中にビームスプリッタやコ
リメータ等の役目を果たす回折格子が存在しており、現
状の技術では光の利用効率に問題が残っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来型の光学系の配置では、図１７に示したような多く
の部品が必要であり、小型化ができない。また、光ＩＣ
型の光ピックアップでは、実用的な回折効率が得られな
い。

【０００５】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、簡単な構成で小型な実用的な
光ディスク信号読み取り用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】上記目的を達成する本発
明の光学的信号読み取り用光ピックアップは、光源と、
その周囲に配置された複数の光検出器と、少なくとも該
光源に近接して配置された集光手段とからなることを特
徴とするものである。

【０００７】この場合、光源と光検出器をモノリシック
に形成すると、より小型化し、かつ組み立てやすくなる
。

【０００８】

【作用】本発明においては、光源と、その周囲に配置さ
れた複数の光検出器と、少なくとも該光源に近接して配
置された集光手段とから構成し、ビームスプリッタ、焦
点検出光学系等の他の光学部品を用いずに簡単な構成で
、光ディスクのピットから反射、散乱して戻る光をとら
えて、信号の読み取り、フォーカシング、トラッキング
を行うことができる。したがって、光学系が簡素化し、
光の利用効率に優れ、小型化することができる。

【０００９】また、光源と光検出器をモノリシックに形
成することで、より小型化し、かつ組み立てやすくなる
。

【００１０】

【実施例】次に、図面を参照にして本発明による光ピッ
クアップの原理と実施例について説明する。本発明によ
る光ピックアップは、基本的に、図１に光軸に沿う断面
図を、図２にその光源と光検出器の正面図を示すような
単純な積層構成になっている。すなわち、凸レンズ（図
の場合は、フレネルレンズ）１０のほぼ瞳面に、中心に
光源を形成する面発光レーザ２０とその周囲に対称に４
分割された光検出器をなすフォトダイオード３１〜３４
とが積層一体化して形成されている。この構成の光ピッ
クアップは、このような単純な積層構造でありながら、
光の利用効率に優れ、小型化に関しては上記従来の光Ｉ
Ｃ型よりもさらに微小化することができるものである。 その大きさは、まさに単レンズそのものの大きさで、光
ピックアップの駆動機構以外の全ての機能を備えている
。

【００１１】以下、このような構成の光ピックアップの
原理について説明する。一般に、図１のような部分的コ
ヒーレント光学系の結像特性は、次の式（１）〜（３）
により与えられる。

【００１２】 ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は像の光強度分布、Ｃ（ｍ，ｎ；
ｐ，ｑ）は像強度分布を求めるための伝達関数、Ｔ（ｍ
，ｎ）は入射光振幅分布のフーリエスペクトル、ｔ（ｘ
，ｙ）はレンズに入射する入射光の振幅分布（物体の振
幅透過率）、ｍ、ｎは空間周波数、ｊは虚数単位である
。

【００１３】一方、光学系の伝達関数は、一般に瞳関数
の自己相関で与えられるが、ここでは検出素子の感度分
布も含めて考えているため、Ｃ（ｍ，ｎ；ｐ，ｑ）は検
出素子の感度分布Ｄ（ξ，η）を含む形となっている。 なお、Ｐ（ｘ）は瞳関数、Ｐ＊　（ｘ）はその複素共役
を表わし、λは光の波長、ｆはレンズの焦点距離、ｍ、
ｎ、ｐ、ｑは空間周波数、ξ、ηは検出素子上における
座標である。

【００１４】伝達関数にフーリエスペクトルを掛けて逆
フーリエ変換すれば、光学系の出力光の強度分布が得ら
れる。Ｉ（ｘ，ｙ）がそれを表わしており、ここでｘ、
ｙは検出素子上での座標である。なお、伝達関数が検出
素子の感度分布を含んでいるので、Ｉ（ｘ，ｙ）は、検
出素子に入射する光自体の強度分布ではなく、検出素子
の感度分布も含んでいるものとなっている。

【００１５】このような光学系において、瞳関数が、Ｐ
（λｆｍ，λｆｎ）＝１　　　　（瞳の中）Ｐ（λｆｍ
，λｆｎ）＝０　　　　（瞳の外）のような性質を持つ
ものとし、検出素子として、図３のように２つの部分Ａ
、Ｂに分けた分割ディテクタを用いる場合を考える。簡
単のため、Ａ、Ｂの境界線に垂直な方向にξ軸をとって
、ξ方向の一次元で考える。この場合、伝達関数（２）
は、 と表わすことができる。

【００１６】ここで、分割ディテクタＡ及びＢの差信号
の性質について検討する。分割ディテクタＡ、Ｂが、図
４に示すように、η軸を境界線として左右に配置されて
いるものとする。（４）式の積分は瞳関数の重なってい
る領域以外では０なので、瞳関数の関係を示す図５の斜
線部でのみ値を持つことになるが、ディテクタＡとＢの
差をＳとすると、Ｓは右下がり斜線ハッチ部Ｅから左下
がり斜線ハッチ部Ｆを差し引いたものとして表すことが
できる。

【００１７】瞳の中心のずれの大きさをｍｓ　、瞳の半
径をａとすると、ｍｓ　≧ａのときは、図６から明らか
なように、 Ｓ＝Ｃ（ｍ；０） であるが、ｍｓ　＜ａのときは、図７に示すように、瞳
の中心のずれがｍｓ　の場合の積分から瞳の中心のずれ
が２ｍｓ　の場合の積分を差し引いたものになる。よっ
て、Ｓ＝Ｃ（ｍ；０）−Ｃ（２ｍ；０） Ｄ（ξ）が一様な場合には、実際に積分を行なうと、と
なる。これを図示すると、図８のようになる。導出の経
過から明らかなように、ｍｓ　≧ａではカーブの形は普
通の伝達関数と同じあり、２つのディテクタの差をとっ
たことの効果は、−ａ＜ｍｓ　＜ａの領域、つまり、空
間周波数とともに伝達関数が−から＋へ変化して行くと
ころに現れている。

【００１８】以上では、ｐ＝０としていたが、ｐも含め
た２次元空間周波数平面で考えると、伝達関数Ｃ（ｍ；
ｐ）は図９のような形の関数となる（図９では、ｐ軸、
ｍ軸及び４５°方向の曲線の形で示してある。）。図９
の関数を上から見ると、図１０に示したような符号をと
ることになる。

【００１９】この伝達関数を（１）式に代入して積分を
行うと、分割ディテクタＡ、Ｂからの差信号の強度分布
が得られるが、この種の変化のパターンを持つ伝達関数
は、入射ビームの位相成分の微分を与えることが知られ
ており（例えば、Ｐｈｉｌｏｓ．Ｔｒａｎｓ．Ｒ．Ｓｏ
ｃ，Ｌｏｎｄｏｎ．Ａ２９５（１４１５）ｐｐ．１５３
（１９８０）；“Ｆｏｕｒｉｅｒ　　Ｉｍａｇｉｎｇ　
　ｏｆ　　ｐｈａｓｅ　　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　　
ｉｎ　　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　　ａｎｄ　　ｃｏｎｖｅｎ
ｔｉｏｎａｌ　　Ｏｐｔｉｃａｌ　　Ｍｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｅｓ”；Ｃ．Ｊ．Ｒ．，Ｓｈｅｐｐａｒｄ　　＆　　
Ｔ．Ｗｉｌｓｏｎ）、例えば、ｔ（ｘ）＝｜ｔ（ｘ）｜
ｅｘｐ｛−ｊφ（ｘ）｝とすると、 となる。

【００２０】したがって、ディテクタＡとＢの出力信号
の差をとることにより、微分位相信号を得ることができ
るのである。

【００２１】さらに、図１１のような配置の４分割ディ
テクタＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いる場合を考えると、Ｉ１　
＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）は、上記の２分割ディテクタ
に関して述べた説明の中のＡ−Ｂに対応するので、Ｉ１
　により微分位相信号が得られる。

【００２２】ξ方向が光ディスクのトラック方向になる
ようにすると、光ディスク上のピットの像はξ方向に沿
って次々と動いて行く。ピットは図１２（ａ）に示すよ
うな位相溝なので、ディテクタ上でピットの像が動くと
位相分布が変化し、出力Ｉ１　の大きさが変化する。こ
の際、フォーカスが合っていてピットの縁が明瞭になっ
ていると、位相がそこで階段状に変化するので、図１２
（ｂ）のように大きな信号が出るが、フォーカスが合っ
ていないと、図１３（ａ）に示すように、ピットの縁が
ボケて位相差変化が緩漫になり、信号は図１３（ｂ）の
ように小さくかつ変動がにぶくなる。よって、これを検
出することにより、フォーカスエラーの検出ができる。

【００２３】同じ４分割ディテクタで、Ｉ２　＝（Ａ＋
Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）とすると、トラッキングエラーが生じ
て、ピットが４分割ディテクタＡ、Ｂ上だけを通るよう
になるか、あるいは、４分割ディテクタＣ、Ｄの上だけ
を通るようになることにより、Ｉ２　が変動するので、
これによりトラッキングエラーの検出ができる。

【００２４】また、ピットに記録されている信号は、Ａ
＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄから読み取ることができる。

【００２５】以上のような原理により、図１に示したよ
うに、光源２０と、その周囲に設けられた複数の光検出
器３１〜３４と、光源２０と光検出器３１〜３４に近接
して配置された集光手段１０とにより光ピックアップを
構成して、特別な検出光学系を用いずに、信号読み取り
に加えて、光ディスクのフォーカスエラーとトラッキン
グエラーの何れか一方（光検出器が実質的に２分割ディ
テクタの場合）又は双方（光検出器が実質的に４分割デ
ィテクタの場合）を検出することができる。しかも、光
源２０と光検出器３１〜３４は半導体からモノリシック
に形成することができるので、これと集光手段１０を一
体に積層することにより、容易に小型の光ピックアップ
を構成することができる。なお、図１、図２の場合、フ
ォトダイオード３１、３２、３３、３４は、それぞれ上
記の原理説明のおける４分割ディテクタＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
に対応させて信号処理を行えばよい。

【００２６】以下、本発明のいくつかの実施例について
説明する。本発明の基本的な実施例は、図１、図２に示
すように、光源としての面発光レーザ２０の周囲に光検
出器をなす４分割されたフォトダイオード３１〜３４が
配置されており、これら面発光レーザ２０とフォトダイ
オード３１〜３４はモノリシックに作られている。発光
面と受光面は同一平面上にあり、プラスチック製のフレ
ネルレンズ１０の平面側に張り付けて一体にされている
。面発光レーザ２０からの光は、フレネルレンズ１０に
よって光ディスクのピット上に集光される。それからの
反射光及び散乱光は、再びフレネルレンズ１０を通って
面発光レーザ２０の周囲に設けられた４個のフォトダイ
オード３１〜３４に入射する。面発光レーザ２０とフォ
トダイオード３１〜３４の配置は図２に示してあり、４
個のフォトダイオード３１〜３４からの出力Ａ、Ｂ、Ｃ
、Ｄを用いて、（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）の演算を行って
フォーカス信号を、（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）の演算を行
ってトラッキングエラー信号を得る。また、Ａ＋Ｂ＋Ｃ
＋Ｄから記録信号が得られる。フレネルレンズ１０は、
面発光レーザ２０及びフォトダイオード３１〜３４が形
成された基板の上に直接リソグラフィー技術により形成
することもできる。

【００２７】次の、この実施例の変形の光軸に沿う断面
を図１４に示す。面発光レーザ２０と４分割されたフォ
トダイオード３１〜３４の配置は図２と同様である。光
ディスク４０のピットから反射、散乱されて戻ってくる
光は結像する必要がないので、フレネルレンズを通る必
要はない。したがって、この例においては、面発光レー
ザ２０の前にのみフレネルレンズ１０が設けられている
。そのため、集光レンズのＮ．Ａ．（開口数）を大きく
することが容易になる。

【００２８】さらに、集光レンズとして非球面レンズを
用いる例を図１５に示す。面発光レーザ２０及びフォト
ダイオード３１〜３４の配置は図２の例と同じであるが
、レンズとして非球面レンズ１１を用いている。非球面
レンズ部１１は、この場合も面発光レーザ２０の前にの
み設け、レーザ光を集光するだけでよいので、高Ｎ．Ａ
．のレンズが可能となる。

【００２９】さらに、光源として通常のレーザダイオー
ド２１とコリメータレンズ２２の組み合わせからなるも
のを用いた実施例の断面図を図１７に示す。光検出器３
１〜３４はコリメータレンズ２２の周囲に設けられてい
る。図の場合、集光光学系として図１５と同様な非球面
レンズ１１を用いている。

【００３０】以上、本発明のいくつかの実施例について
説明したが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の
変形が可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光ピック
アップによると、光源と、その周囲に配置された複数の
光検出器と、少なくとも該光源に近接して配置された集
光手段とから構成し、ビームスプリッタ、焦点検出光学
系等の他の光学部品を用いずに簡単な構成で、光ディス
クのピットから反射、散乱して戻る光をとらえて、信号
の読み取り、フォーカシング、トラッキングを行うこと
ができる。したがって、光学系が簡素化し、光の利用効
率に優れ、小型化することができる。

【００３２】また、光源と光検出器をモノリシックに形
成することで、より小型化し、かつ組み立てやすくなる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光ピックアップの基本的な構成を
示すための光軸に沿う断面図である。

【図２】図１の光源と光検出器の正面図である。

【図３】本発明の原理を説明するための図で、分割ディ
テクタの配置を示す断面図である。

【図４】分割ディテクタの配置を示す正面図である。

【図５】分割ディテクタの重なっている瞳関数の関係を
示す図である。

【図６】図５と同様な図である。

【図７】同じく図５と同様な図である。

【図８】瞳のずれと伝達関数の関係を示す図である。

【図９】２次元的な瞳のずれと伝達関数の関係を示す図
である。

【図１０】図９を上から見た場合の符号の分布を示す図
である。

【図１１】４分割ディテクタの配置を示す正面図である
。

【図１２】フォーカスが合っているときのピットの状態
を示す図とそれから得られる信号を示す図である。

【図１３】フォーカスが合っていないときの図１２に対
応する図である。

【図１４】別の実施例の図１と同様な図である。

【図１５】さらに別の実施例の図１と同様な図である。

【図１６】もう１つの実施例の図１と同様な図である。

【図１７】従来の光ディスク用ピックアップの構成を示
す図である。

【符号の説明】

１０…フレネルレンズ １１…非球面レンズ ２０…面発光レーザ ２１…レーザダイオード ２２…コリメータレンズ ３１〜３４…フォトダイオード ４０…光ディスク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光源と、その周囲に配置された複数の
   光検出器と、少なくとも該光源に近接して配置された集
   光手段とからなることを特徴とする光学的信号読み取り
   用光ピックアップ。
2. 【請求項２】　　前記光源と光検出器がモノリシックに
   形成されていることを特徴とする請求項１記載の光ピッ
   クアップ。