JPH0750030A

JPH0750030A - 光ピックアップ装置

Info

Publication number: JPH0750030A
Application number: JP5156667A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kasasumi; 研一笠澄; Yoshiaki Kaneuma; 慶明金馬; Hiroaki Yamamoto; 博昭山本; Seiji Nishino; 清治西野; Noboru Ito; 昇伊藤; Sadao Mizuno; 定夫水野; Akimasa Sano; 晃正佐野; Shinichi Kadowaki; 愼一門脇; Hidehiko Wada; 秀彦和田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-06-02
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】フォーカスサーボによる受光パターンの移動
や光強度分布の変化によらずに安定して再生信号中のク
ロストーク成分を除去する。【構成】対物レンズ２に近接して、かつ半導体レーザ
と反対側に偏光分離型ホログラム３と４分の１波長板４
を配置し、これらを一体化して駆動する。対物レンズに
入射する光をホログラムで空間的に分割／回折して、回
折された光を半導体レーザと同一面上に設けた複数の光
検出器で受光し、クロストーク成分を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光情報記録再生装置また
は光情報再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年光情報記録再生装置の高密度化が進
んでいる。特に、光源に赤色半導体レーザや２次高調波
発生素子を用いた光源（以下ＳＨＧ光源と略す）を用い
て光源を短波長化し、ディスク面にレーザ光を集光する
対物レンズの開口数（以下ＮＡと略す）を高くする研究
開発が進められている。これらによって、光源波長に比
例し、対物レンズのＮＡに反比例して信号トラックピッ
チ、ピット長を小さくできる。例えばトラック幅に関し
て、現行のコンパクトディスク再生装置（以下ＣＤと略
す）では波長７８０ｎｍの光源とＮＡ０．４５の対物レ
ンズを用いてトラックピッチ１．６μｍの信号を読みと
っているのに対し、波長６８０ｎｍの赤色半導体レーザ
を用いＮＡ０．６５の対物レンズを用いれば、トラック
ピッチ０．９７μｍの信号を読みとることができる計算
になる。しかし、それ以上トラック幅を狭くしたときに
は隣接するトラックからのクロストークノイズ成分が信
号に混入し、信号再生に支障を来す。これを克服するた
めには、新規な記録・再生光学系や新規な信号処理方式
を導入することが必要である。

【０００３】信号を劣化させずにトラック幅を狭くする
方式として、クロストークキャンセラが提案されてい
る。

【０００４】クロストークキャンセラの１方式として、
光ディスクからの反射光をトラック方向に３つの領域に
分割した光検出器で受光し、それぞれの領域での受光量
を重み付き加算する方法（１ビームクロストークキャン
セラ）がある（例、伊藤他、特願平０３−３３６５０３
号、谷本他、特開昭６０−１３８７４８号公報）。以下
にその動作原理を説明する。

【０００５】図１６は１ビームクロストークキャンセラ
を実現する光ピックアップの一構成例である。光ディス
ク５からの反射光の一部は、ハーフミラー１０を透過
し、３分割光検出器９を照射する。ここで、３分割光検
出器９には対物レンズ２上の光強度分布が１対１に投影
される。対物レンズ面上での、光ディスクからの反射光
の光強度分布を図示したのが図１７である。

【０００６】図１７の光強度分布を考える際には、光デ
ィスクからの反射光をいくつかの回折光の組として取り
扱う。ピット列５ａの拡大図を図１８に示す。すなわち
光ディスク５のピット列パターンを、図１８に示したよ
うに、単位セル１８が２次元的に無限大の広さで分布す
る２次元回折格子として模式化する。このときディスク
５から反射される光の強度分布は、光スポット１７の強
度分布（近似的にはガウシアン分布）と上記の２次元回
折格子の複素反射率の積で表される。さらに、対物レン
ズ上での光強度分布は反射光の光強度分布をフーリエ変
換して求めることができるので、結局レンズに戻る反射
光は、２次元回折格子での回折パターンと光スポット１
７のファーフィールドパターンとのコンボリューション
で与えられる。２次元回折格子からの回折光は２次元の
格子状になり、ディスク面上での光スポット１７のファ
ーフィールドパターンはスポットと同じくガウス分布と
なる。以上より、対物レンズ面上での光強度分布は図１
７のように、円形のガウス分布のパターンが２次元に格
子状に並んだものとなる。この反射光のうち、２５の円
で囲まれた部分に返って来た光が対物レンズ２に捕らえ
られ、３分割光検出器９に導かれる。よって、光検出器
の出力信号は、２５の円内の光のトータルパワーを計算
すれば良い。

【０００７】ここで、ラジアル方向の回折次数ｍ、タン
ゼンシャル方向の回折次数ｎの回折光の回折次数を
（ｍ，ｎ）次で表すこととする。このとき、（ｍ，０）
次の回折光には信号成分が含まれず、また、２次以上の
回折光は対物レンズ直径内に入らないので、信号出力に
影響を与えない。以上より信号に含まれるクロストーク
成分は、（１，１）次回折光２１，（０，１）次回折光
２４，（−１，１）次回折光２７，（１，−１）次回折
光２３，（０，−１）次回折光２６，（−１，−１）次
回折光２９の６つの回折光と（０，０）次の回折光２５
との干渉によって生じることが分かる。すなわち、クロ
ストーク成分が生じるのは、図１７の対物レンズ径１６
内の領域の内、領域４１〜領域４３の、斜線で示した部
分となる。

【０００８】この領域の光強度分布はクロストークによ
って変調される。ここで注目すべきは、（１，１）次回
折光２１、（１，−１）次回折光２７、（−１，１）次
回折光２３、（−１，−１）次回折光２９（図１３中実
線の円で表す）と、（０，１）次回折光２２、（０，−
１）次回折光２８（図１３中破線の円で表す）との間の
位相関係である。両者は互いに位相が逆転しているの
で、これらの回折光が（０，０）次回折光と干渉する領
域４４、４６（図１３中右上がりのハッチング部分）と
領域４５（図１３中左上がりのハッチング部分）では、
互いに位相が逆転したクロストーク信号成分が発生す
る。

【０００９】図１９に、（１，１）次回折光２１と、
（０，１）次回折光２２と（０，０）次回折光の位相関
係の一例を図示する。図１９は（０，０）次回折光２５
と（０，１）次回折光２２の位相が１８０°反転してい
るときの図である。（１，１）次回折光２１の位相５３
は、（０，１）次回折光２２の位相５２に対して逆相、
（０，０）次回折光の位相５１に対しては同相になる。
結果、回折光２５と２１は強め合い、回折光２５と２２
は逆に弱め合うように干渉する。

【００１０】この様子は、図１７では領域４１で強め合
い、領域４２で弱め合うように干渉が起こることに相当
し、結局領域分割線１９の外側と内側で逆相の信号が存
在することが分かる。

【００１１】図１７のレンズ面上での受光パターンは１
対１に光検出器上に投影されるので、光検出器を、領域
分割線１９に対応する位置で分割すれば、信号のクロス
トーク成分が互いに逆相で混入した信号が得られる。こ
の逆相のクロストーク成分がバランスするように光検出
器の各領域からの出力を重み付き加算すると、クロスト
ーク成分を除去することができる。すなわち、分割され
た光検出器の中央部分Ｐ₂'からの出力信号Ｓ_Cと両側部
分Ｐ₁'、Ｐ₂'からの出力信号Ｓ_Sに対して、クロストー
クのない信号ＳをＳ＝ｋ₁＊Ｓ_C＋ｋ₂＊Ｓ_S で定義し、ｋ₁、ｋ₂を最適化すればよい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたクロスト
ークの除去方法の欠点は、一つは対物レンズがトラッキ
ングサーボによって移動したときに安定に動作しないこ
と、もう一つは光検出器の設置位置精度が極めて厳しく
なることである。図２１を用いてトラッキングサーボに
よる不安定性を説明する。

【００１３】図２０のように、この方式では光検出器は
半導体レーザ位置１１から離れた位置１６に設置し、対
物レンズ２表面での光強度分布が１対１に光検出器上に
投影される。このとき、光ディスク５を回転すると、デ
ィスクの偏芯によって光ピックアップからみたトラック
位置が変化する（Ｔ１→Ｔ２）。この時、光検出器６面
上での受光パターンの位置もＰ１からＰ２へと移動す
る。光検出器−半導体レーザ間の距離をＬPD-LD、対物
レンズ−半導体レーザ間距離をＬLENS-LDとすると、ト
ラッキング位置の移動量Ｔ1Ｔ2に対応する光検出器面上
での受光パターンの移動量Ｐ1Ｐ2はＰ1Ｐ2＝Ｔ1Ｔ2＊ＬPD-LD／（ＬLENS-LD＋ＬF）で表される。ここでＬFは対物レンズのディスク側焦点
距離である。たとえば、ＬF＝２．６ｍｍ、ＬPD-LD＝１
ｍｍ、ＬLENS-LD＝２７．４ｍｍ、Ｔ1Ｔ2＝５００μｍ
とすると、受光パターンの移動量Ｐ1Ｐ2＝１７μｍ、こ
とのきレンズ径を３ｍｍとすると光検出器の大きさは１
００μｍとなり、光検出器のサイズに対して受光パター
ンの移動量が無視できない大きさになる。

【００１４】この時の光検出器の設置位置精度を計算す
る。まず図１７を用いて、光検出器上の受光パターンを
対物レンズ上に投影して考える。図１７のの分割線１９
の位置は１次回折光２４、２６の回折角から求められ
る。レンズのＮＡ０．５、焦点距離２．６ｍｍ、レンズ
径３ｍｍ、トラックピッチＴP＝０．７μｍ、光源波長
λ＝０．６８μｍとすると、１次回折光の回折角θは、 θ＝ｓｉｎ-1（λ／ＴP）＝２９° となる。この時、レンズ面上での１次回折光の０次回折
光に対する位置Ｐ1stは、Ｐ1st＝ＬF×ｔａｎθ＝１．４４ｍｍとなり、図１７より、分割線の位置はＰ1st／２＝０．
７２ｍｍとなる。すなわち、光検出器の領域分割は、対
物レンズ面上では０．７２ｍｍ、１．５６ｍｍ、０．７
２ｍｍの領域に対応する。これを光検出器上に投影する
と、２４μｍ、５２μｍ、２４μｍに対応する。光検出
器の設置精度を分割領域幅の１０分の１とすると、２．
４μｍとなり、非常に精密な作製精度が必要になること
がわかる。

【００１５】トラッキングサーボによってレンズ位置が
変化したときには、上で述べた受光パターンの移動に加
えて、レンズ面上での光量分布の変化が起こる。半導体
レーザからの出射光は一様に分布せず近似的にガウス分
布をする。図２１は、ディスクのピット列パターンを仮
想的な２次元回折格子とみなしたときの、ディスクから
の反射光の０次、＋１次、−１次回折光の強度分布の断
面概念図である。図２１（ａ）は対物レンズの位置ずれ
が無い場合、図２１（ｂ），（ｃ）は対物レンズがトラ
ッキングサーボ動作によって位置ずれを起こしたときの
様子を表す。

【００１６】図２１において、０次と１次、−１次の重
なった部分（図中ハッチングを施した部分）にクロスト
ーク信号が生じるが、（ｂ），（ｃ）と（ａ）を比較す
ると、ハッチング部分の信号の大きさが変化しており、
クロストーク成分の検出に誤差を生じる。

【００１７】また、このクロストーク成分の検出誤差は
光検出器の領域分割線によって助長される。図２２は、
図１６に示した光ピックアップ光学系に用いる光検出器
９の検出感度分布を示す。図２２では、光検出器９の領
域分割線９５付近の感度を仮に直線で表している（破線
部分）が、実際には光検出器作製工程においてこの領域
の光検出感度をコントロールすることが困難であり、チ
ップ毎に感度のばらつきが生じる。この領域はまさにク
ロストーク成分が混入する部分であり、光検出感度のば
らつきはすなわちクロストーク成分の混入する割合のば
らつきとして反映され、クロストーク検出の誤差が大き
くなる。

【００１８】以上をまとめると、対物レンズの移動によ
る光検出器上での受光パターンの移動と受光パターンの
光強度空間分布の変化によってクロストーク信号が安定
に観測されないこと、さらに光検出器の領域分割線付近
の光検出感度が不定なために上記のクロストーク検出の
不安定性が助長されること、および、光検出器の設置位
置精度が厳しいことが解決すべき課題である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明になる光ピックア
ップでは、対物レンズと近接してホログラムを設置し、
対物レンズと一体化してサーボ駆動する。３つの領域に
分割されたホログラムの各領域からの回折光を別個の光
検出器で受光し、それぞれの領域の出力信号を重み付き
加算してクロストーク成分を除去する。

【００２０】

【作用】クロストーク除去作用を持った従来の光ピック
アップでは光ビームが領域分割された一つの光検出器を
照射していたのに対し、本発明の光ピックアップにおい
てはホログラムで空間的に分割された光ビームは、それ
ぞれ分離された異なる光検出器を照射する。このため、
光検出器上の受光パターンに対して光検出器のサイズを
大きくすることができ、トラッキングサーボ動作によっ
て光検出器上で受光パターンが移動したときにも、分割
されたそれぞれの光ビームの光量を安定に検出すること
ができ、信号中のクロストーク成分を安定に検出・除去
することが可能になる。

【００２１】

【実施例】本発明では、対物レンズに近接して設置する
ホログラムは偏光分離型に限らないが、以下の実施例と
して説明が簡単に行える偏光ホログラムと４分の１波長
板を一体化した光ピックアップ装置を例に取り上げ説明
を加える。

【００２２】本発明になる光ピックアップの一実施例を
図１に示す。半導体レーザ１を出射した光はまず偏光分
離型ホログラム３を通過する。偏光分離型ホログラム３
は、ある方向の偏光は回折するが、それに直交する偏光
は回折せずに直進させる作用を持つ。この偏光分離型ホ
ログラムは、例えば山本他、特願平０５−７７８３９に
詳しいように、ニオブ酸リチウム基板を格子状にプロト
ン交換、エッチングすることで容易に作製することがで
きる。本発明では、偏光分離型ホログラムの偏光軸方向
をレーザからの出射光を回折しない方向にあわせて設置
する。偏光分離型ホログラム３を通過したレーザ光は、
４分の１波長板４を通り対物レンズ２で光ディスク５上
に集光され、再び対物レンズ２、４分の１波長板４を通
って偏光分離ホログラム３に到達する。この時には４分
の１波長板４を２回通過して偏光方向が９０°回転して
いるので、復路に偏光分離型ホログラム３を通過すると
きには、ホログラム上のパターンに合わせて空間的に分
割、回折されて光検出器６（Ｐ１〜Ｐ６）を照射する。

【００２３】この時の検出器６を照射する様子を、図２
を用いて説明する。図２の下の図は偏光分離型ホログラ
ム３の一例の平面図である。偏光分離型ホログラム３は
中央および、両側の３つの領域に分割され、それぞれの
領域での格子間隔は、中央の領域３２、両側の領域３
３、３１の順に格子間隔が大きな格子が形成されてい
る。中央の領域３２を通過する光の回折角は小さく、図
２上に示した光検出器の領域Ｐ３，Ｐ４を、領域３３を
通過する光は大きく回折されてＰ１，Ｐ６を、領域３１
を通過する光はＰ２，Ｐ５をそれぞれ照射する。

【００２４】従来例で述べた如く、ディスク５からの反
射光のうち、レンズの両側の領域３１、３３を通る光量
とレンズの中央の領域３２を通る光量を重み付き加算す
ることで信号のクロストーク成分を除去することができ
る。本発明では、図２において、それぞれの光検出器の
出力信号をＳPnとすると、光ディスクの再生信号Ｓは、Ｓ＝k1＊（ＳP1＋ＳP2＋ＳP5＋ＳP6）＋ k2＊（ＳP3
＋ＳP5）となり、定数k1、k2を適当に選ぶことで信号のクロスト
ーク成分を除去することができる。

【００２５】本発明の特徴となるのは以下の点である。
図３に、本発明になる光ピックアップの一例の断面構成
図を示す。光ディスクや光ディスクを回転するモータ軸
に偏芯があると、光ディスク５が横方向に移動するのに
追随して、対物レンズ２−偏光分離ホログラム３−４分
の１波長板４の一体部品も、図３の矢印１００に示した
ようにディスクのラジアル方向に移動し、それとともに
光検出器６上の受光パターン１０もわずかにディスクの
ラジアル方向に移動する。光検出器６を光ディスク５上
のスポット１７と共役な位置（半導体レーザの発光面）
に置いた場合には光学系全体が共焦点系となるため、光
検出器６上の受光パターンは微小な光スポットになり、
かつ対物レンズ２が移動しても光スポットは光検出器６
上で移動しない。しかし、１ビーム法によってクロスト
ーク成分を除去するためには、ディスクからの反射光の
ビーム内光強度分布を観測する必要があるため光検出器
６は半導体レーザ１の発光面から離して設置しなければ
ならず、光検出器上での受光パターンの移動は避けられ
ない。

【００２６】ここで、従来例の光ピックアップと本質的
に異なる点は、従来例の図１６の光ピックアップでは光
検出器上で反射光ビームを分割していたのに対して、本
発明になる光ピックアップでは反射光ビームを対物レン
ズ２と一体化したホログラム３で空間分割していること
である。このため対物レンズ２が移動しても、常に反射
光ビームに対して一定の位置で反射光ビームを分割で
き、それぞれの光検出器に導くことができる。このと
き、光検出器６の大きさが受光パターン１０よりも大き
いので、光検出器上の受光パターン１０が移動してもそ
れぞれの光検出器６の出力信号は変化せず、クロストー
ク成分を除去した信号を安定に検出することが可能にな
るという顕著な効果を有する。また、対物レンズ２の移
動以外に半導体レーザ１の波長変動が起きたときには、
偏光分離ホログラム３での回折角が変化して受光パター
ン１０が光ディスクのラジアル方向に移動するが、これ
に対しても影響無く信号検出できる。

【００２７】また、対物レンズ２が移動した際には、受
光パターン１０の移動のみならず、受光パターン１０の
光強度の空間分布も変化する。その時のディスク５から
の反射光の対物レンズ２上での光強度分布を示したのが
図２１である。図１８で示したように光ディスク５を単
位セル１８の繰り返しからなる２次元回折格子と見な
す。その回折格子からの回折光の光強度分布の断面を表
したものが図２１の６１，６２，６３であり、それぞ
れ、０次、−１次、及び１次の回折光の強度分布を示
す。図２１で、対物レンズ３の大きさは０次回折光６１
と同じ幅を持つので、０次回折光６１の広がりの範囲内
の光強度分布が出力信号を決める。

【００２８】半導体レーザの出射光は、近似的にガウス
分布をしており、その一部分の光が対物レンズを通るこ
とになる。そのため、対物レンズ５の中心軸が半導体レ
ーザ出射光の光軸中心にある時には図２１（ａ）の様に
受光パターンは左右対称の強度分布になるが、トラッキ
ングサーボによって対物レンズと半導体レーザが左右に
ずれた場合には、図２１（ｂ），（ｃ）のように、回折
光の光強度分布がそれぞれ非対称になる。ここで、信号
中のクロストーク成分は０次と１次回折光が重なった部
分での干渉によって生じることから、図２１では、クロ
ストーク成分は斜線部分に含まれる。図から明らかなよ
うに、レンズが移動したときには左右の領域に含まれる
クロストーク成分の強度が変化して、クロストーク信号
の検出精度が悪化するが、左右の光検出器の出力に重み
を付けて加算をすることによって補正することが可能で
ある。

【００２９】結局、ディスクの再生信号ＳはＳ＝k₁＊（Ｓ_P1＋Ｓ_P6）＋k₁'＊（Ｓ_P2＋Ｓ_P5）＋k₂＊
（Ｓ_P3＋Ｓ_P4）で表されることになる。この式でk₁、k₁'は対物レンズ
２の位置ずれ量で一意に決まる。k₁、k₁'の最適値は信
号再生中、対物レンズ２の移動量に合わせてダイナミッ
クに変化させる必要があるが、図１９から明らかなよう
に対物レンズ２の位置ずれによって両側の光検出器で検
出される０次回折光の強度が左右で異なるため、この両
側の光検出器出力の直流成分から対物レンズ３の移動
量、ひいてはk₁、k₁'を決めることができる。例えば、
図２１（ｂ）のように、３分割光検出器の右側の光検出
器からの直流成分が増加した時はレンズが左側に移動し
たことがわかり、その変化量からレンズの移動量が分か
る。あるいはトラッキングサーボ回路のアクチュエータ
駆動信号からk₁、k₁'を決めても良い。

【００３０】ここで述べたクロストークの補正方法は、
ピックアップ光学系が有限系で構成されるときにも有効
であるが、特に無限系で構成される場合には顕著な効果
が得られる。光学系が有限系の場合と無限系の場合とを
図４と図５で比較する。

【００３１】図４は有限系で構成される光ピックアップ
の断面構成図と、ディスク５からの反射光のホログラム
３上での分布を示す。対物レンズ２とホログラム３の位
置は、トラッキングサーボ動作で位置ずれを起こした場
合を実線で、位置ずれが無い場合を破線で示す。図４の
有限系の光ピックアップで対物レンズ２の位置ずれがあ
る場合には、対物レンズ２の中心軸と対物レンズ２を通
過する光の光軸とが平行にならないために、ディスクか
らの反射光の一部は対物レンズの開口からはずれた位置
に戻る。その結果ディスクからの反射光分布９０は図の
ようにホログラム３の一部のみを照射し、ホログラム３
の領域３１、３３を通過する光量に差が生じる。これに
対して、図５の無限系で構成される光ピックアップで
は、対物レンズ２に位置ずれが生じた場合でも対物レン
ズ２の中心軸と光軸は常に平行が保たれるため、ディス
クからの反射光は常にホログラム３全体を照射し、クロ
ストーク成分の検出誤差を生じない。但し図からも明ら
かなように、コリメートレンズ９１の開口は対物レンズ
２の開口より、対物レンズの移動量以上大きくする必要
がある。

【００３２】次に、本発明になる光ピックアップでのフ
ォーカス誤差検出機能について説明する。

【００３３】上に述べた光学系はホログラムを用いてい
るために、ＣＳＤ法と呼ばれるフォーカス誤差検出機能
を容易に合わせ持つことが可能である。

【００３４】ＣＳＤ法によるフォーカス誤差検出の様子
を図６で説明する。偏光分離ホログラムからの回折光の
うち、１次回折光を実線で、−１次回折光を破線で示し
ている。偏光分離ホログラム３はそれぞれの領域がフレ
ネルレンズの一部分の形状をしておりわずかにパワーを
持っているので、１次回折光と−１次回折光の焦点位置
はそれぞれ前後に移動し、半導体レーザ１の発光面のそ
れぞれ前側、後ろ側に集光するような光路をとる。光検
出器を半導体レーザ１と同じ面上に設置すると、光検出
器６上での１次、−１次回折光の受光パターンはほぼ等
しい大きさのビームとなる。図６は光ディスク５が対物
レンズ２側に接近したときの光路を示している。−１次
回折光の集光点は光検出器面に近づき、１次光の集光点
は光検出器面からさらに遠ざかるように移動する。この
ときの光検出器６上での受光パターンは図６下のように
なる。光ディスク５の変位量を両回折光ビームの大きさ
で検出するには、光検出器６のそれぞれの出力ＳP_nL、
ＳP_nC、ＳP_nR、に対して、ＳF＝(ＳP_1L+ＳP_1R-ＳP_1C)＋(ＳP_2L+ＳP_2R-ＳP_2C)＋(Ｓ
P_3L+ＳP_3R-ＳP_3C)−(ＳP_4L+ＳP_4R-ＳP_4C)−(ＳP_5L+ＳP
_5R-ＳP_5C)−(ＳP_6L+ＳP_6R-ＳP_6C) なる式で表される信号を取り出せば良い。

【００３５】図６の構成の光ピックアップの欠点は、光
検出器６を多数に分割しているために、それらの配線数
も大きくなり、光検出器チップが大型化し、配線工数が
増えて製造コストを上昇させることである。この弊害を
なくすために光検出器分割数を減らした光ピックアップ
の構成を図７に、図７の構成の光ピックアップに用いる
ホログラムの平面概念図を図８に示す。図７のようにホ
ログラム３の中央の領域３２に形成された回折格子はパ
ワーを持ち、領域３２で回折された光は３分割された光
検出器Ｐ３，Ｐ４を照射してＣＳＤ法によるフォーカス
誤差信号を生じさせる。他方、ホログラムの両側の領域
３１、３３には、直線回折格子が形成され、領域３１、
３３で回折された１次、−１次回折光はそれぞれ光検出
器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ５，Ｐ６上の一点に集光される。フォ
ーカス誤差信号を光検出器Ｐ３，Ｐ４の出力から、クロ
ストーク信号成分を光検出器Ｐ１〜Ｐ６の出力信号から
検出すれば、図１の構成の光ピックアップと同様の信号
検出を行える。

【００３６】また、図１では、半導体レーザ１と光検出
器６が同一平面上にある発光／受光ユニットを用いてい
るが、図９の様に、従来のように半導体レーザと光検出
器を別々に設けて偏光ビームスプリッタ８２で往路と復
路の光を分離する方法もある。これは光利用効率を高く
したい録再光学系に有用な構成で、半導体レーザ１の後
にビーム整形光学系８１を挿入することができる。この
方式は光の利用効率が落ちない、迷光が発生しない、な
ど、図１の構成の光ピックアップと同等の性能を持つ。
ただし偏光ビームスプリッタ８２を安価に入手出来ない
ことと、半導体レーザ１、光検出器６、偏光ビームスプ
リッタ８２等の間の位置合わせを精密に行う必要がある
ので生産性が悪くなる欠点がある。

【００３７】図９のようにビームスプリッタを使った構
成では、ホログラム上の３つの領域には、必ずしもすべ
て回折格子のパターンが存在する必要がない。この場合
には、図７の構成の光ピックアップよりさらに光検出器
の数を減らす事ができる。その一構成例を図１１に、図
１０の例でのホログラムを図１１に示す。図１１のよう
に領域３１、３３をホログラムのない平板にした構造で
は、領域３１、３３を通過した光は光検出器のＰ２を、
領域３２を通過した光は回折されて光検出器のＰ１及び
Ｐ３を照射する。ここで、ディスク再生信号Ｓを、Ｓ＝k₁・(Ｓ_P1+Ｓ_P3) + k₂・Ｓ_P2 とすることで、信号からクロストーク成分を安定に除去
できる。しかしながら、このときには図２１で示したよ
うな受光パターンの光強度分布による影響を取り去るこ
とができないので、クロストーク除去動作が若干不安定
になる可能性がある。

【００３８】ここまでではＣＳＤ法によるフォーカス誤
差検出機能を持つ場合のみを説明したが、本発明になる
光ピックアップは、フォーカス誤差信号の検出はＣＳＤ
法に限るものではない。図１２に、他の一例として非点
収差法によるフォーカス誤差検出機能をもつ光ピックア
ップの一例の概念図を示す。

【００３９】図１では偏光分離ホログラム４はフレネル
レンズの形状をしていたのに対し、図１２の構成の光ピ
ックアップでは図６に示したような単純な１次元の回折
格子である。このときには、偏光ホログラムはパワーを
持たないので、光検出器６と光ディスク５は互いに共役
な位置関係になり、対物レンズの移動による受光パター
ンの移動がなくなる。

【００４０】この構成の光ピックアップでは、光検出器
６のうちＰ３の符号を付した４分割された光検出器でフ
ォーカス誤差を検出する。図１２において光ディスク５
からの反射光ビームは偏光ビームスプリッタ８２を通過
する際に非点収差を持つ。このとき、光検出器６上での
光スポットは、図１３に示した様な形状となる。すなわ
ち、光ディスクが、対物レンズ焦点よりレンズ側にある
時に実線で示した楕円に、レンズから遠い側にある時に
は破線で示した楕円になる。これを利用して、フォーカ
ス誤差信号ＳFは、光検出器Ｐ３Ａ，Ｐ３Ｂ，Ｐ３Ｃ，
Ｐ３Ｄからのそれぞれの出力信号、ＳP3A,ＳP3B,ＳP3C,
ＳP3Dから、ＳF＝ＳP3A ＋ＳP3B −（ＳP3C − ＳP3D）を求めることで検出できる。

【００４１】以上に述べた説明は、すべて偏光分離型ホ
ログラムと４分の１波長板をレンズと一体化した構造に
ついて述べたが、ホログラムを偏光分離機能の無い通常
のホログラムとし、４分の１波長板を省いた構造でも同
様の効果を得る事ができる。このときには図１の構成の
光ピックアップと異なり、半導体レーザの出射光が往路
（半導体レーザから光ディスクへ向かう光路）にホログ
ラムを通過する際にも回折光を生じる。この様子を図１
４に示す。図１４では、往路に生じる不要回折光７２に
よって光ディスク５上に多数の光スポットが生じている
が、これらの反射光が光検出器６に入射してノイズとな
る。例えば、往路の１次回折光のうち復路（光ディスク
から光検出器へ向かう光路）で０次方向に回折された光
は、往路の０次回折光のうち復路で１次方向に回折され
た光（信号光）と同じ光検出器に到達する。

【００４２】これらの迷光の影響を小さくするには、図
１５のようにホログラムをブレーズ化してマイナス次数
の回折光を少なくし、かつ光検出器６のうちマイナス次
数の回折光を検出する光検出器をなくす等の工夫が必要
になる。ブレーズ化ホログラムを用いた構成の一例を図
１５に示す。図１５に示したように、ブレーズ化ホログ
ラムは、個々の格子の断面形状が傾斜したホログラム
で、格子の深さと断面形状を変えることで高次回折光や
マイナス次数の回折光の割合を制御することができる。

【００４３】本発明では往路の０次光と復路の１次光を
信号光として利用するため、マイナス次数の回折光と２
次以上の高次回折光が少なくなるような形状を選ぶこと
になる。このとき（往路の０次光で復路の１次光）の信
号光の他に、（往路の−１次回折光で復路の０次光）、
（往路の１次回折光で復路の２次回折光）、（往路の２
次回折光で復路の３次回折光）、・・・のように、往路
に対して復路の回折次数が１大きいような光が全て光検
出器上に集光されて迷光となり、光検出器出力信号のノ
イズの原因となる。回折光のうち、０次光と１次回折光
の割合が大きくなるように設計するので、上記の迷光の
うち問題になるのは（往路の１次回折光で復路の２次回
折光）と（往路の−１次回折光と復路の０次光）の２つ
である。すなわち、−１次と２次の回折光が少なくなる
ように設計すればよい。ｎ次回折光の回折効率をηｎと
すると、迷光の割合を少なくするには、 (η_-1・η₀ + η₁・η₂)/η₀・η₁ が最も小さくなるようにホログラム格子の断面形状を選
ぶことになる。

【００４４】任意の断面形状をしたホログラム格子を作
製するには技術的な困難が伴う。これを従来の半導体プ
ロセスを用いて簡便に作製するには、任意の断面形状を
したホログラム格子を、階段状の断面で近似すればよ
い。例えば、４段の階段状のホログラムを用いたときに
は２回のウエハ露光／エッチングで作製することがで
る。シミュレーションによれば、４段の階段状ホログラ
ムで断面形状を最適化すると(η_-1・η₀ + η₁・η₂)/η₀
・η₁=0.21の値が実現できることが分かっている（金馬
他、特願平０３−０４６６３０）。

【００４５】ただし、偏光に依存しないホログラムを用
いた時には、往路復路ともに不要な回折光を発生するた
め、光の利用効率が低下する。さらに、光ディスクで反
射された光のうち、半導体レーザへの戻り光が増えるの
でレーザノイズが増加する可能性がある。

【００４６】

【発明の効果】光検出器のサイズが受光パターンよりも
大きくなるため、サーボ動作によって受光パターンが移
動しても安定に信号のクロストーク成分が除去される。

【００４７】さらに、光検出器と半導体レーザが同一基
板上にあるため、両者の位置決めが容易になり、光ピッ
クアップの生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる光ピックアップの一例の構成概念
図

【図２】（ａ）図１の光検出器の平面構成図（ｂ）図１の光ピックアップの偏光分離型ホログラムの
平面概念図

【図３】（ａ）図１の光ピックアップで、ディスクから
の戻り光が偏光ホログラムで回折される様子を示した概
念図（ｂ）図１の光ピックアップで光検出器上の受光パター
ンを示す図

【図４】（ａ）有限系の光学系で構成される本発明にな
る光ピックアップの断面概念図（ｂ）光ディスクからの反射光のホログラム上での強度
分布の平面図

【図５】（ａ）無限系の光学系で構成される本発明にな
る光ピックアップの断面概念図（ｂ）光ディスクからの反射光のホログラム上での強度
分布の平面図

【図６】（ａ）図１の光ピックアップの断面概念図で、
光ディスクが焦点位置からわずかにピックアップ側にず
れたときの、回折光の様子を示す概念図（ｂ）光検出器上の受光パターンを示す図

【図７】ホログラムの両側の領域を直線グレーティング
で構成して光検出器の数を減らした、本発明になる光ピ
ックアップの概念構成図

【図８】（ａ）図７の光ピックアップのホログラムの平
面図（ｂ）光検出器上での受光パターンを示す図

【図９】本発明になる光ピックアップで、偏光ビームス
プリッタを用いた一例の概念構成図

【図１０】本発明になる光ピックアップで、偏光ホログ
ラムの３領域のうち中央の部分のみに回折格子を持つ構
成の一例を示す図

【図１１】（ａ）光検出器の平面構成図（ｂ）図１０に示した光ピックアップに用いる偏光ホロ
グラムの平面概念図

【図１２】本発明になる光ピックアップで、フォーカス
誤差信号検出機能を持つ構成の概念図

【図１３】（ａ）図１２に示した光ピックアップの光検
出器の平面概念図（ｂ）図１２に示した光ピックアップに用いる偏光ホロ
グラムの平面概念図

【図１４】本発明になる光ピックアップで、ブレーズ化
しない偏光無依存型ホログラムを用いた一例でのホログ
ラムでの回折光の様子を説明する概念図

【図１５】本発明になる光ピックアップで、ブレーズ化
した偏光無依存型ホログラムを用いた一例でのホログラ
ムでの回折光の様子を説明する概念図

【図１６】（ａ）１ビーム法によるクロストーク成分除
去機能を持つ従来の光ピックアップの構成例を示す図（ｂ）光ピックアップの光検出器の平面概念図

【図１７】光ディスクを仮想的に単位セルの無限に繰り
返した２次元格子とみなしたときの、ディスクからの反
射光の強度分布を説明する概念図

【図１８】仮想的な単位セルの繰り返しとみなした光デ
ィスクの概念図

【図１９】光ディスクからの回折光のうちクロストーク
成分を含むものの位相関係の一例を表す図

【図２０】対物レンズの移動による、光検出器上での受
光パターンの移動を説明する図で、光ピックアップの断
面概念図

【図２１】（ａ）対物レンズのずれがない場合の光検出
器上での受光パターンの強度分布の変化を説明するため
の図（ｂ）対物レンズがずれた場合の光検出器上での受光パ
ターンの強度分布の変化を説明するための図（ｃ）対物レンズがずれた場合の光検出器上での受光パ
ターンの強度分布の変化を説明するための図

【図２２】（ａ）図１６の構成の光ピックアップの光検
出器を示す平面図（ｂ）図１６の構成の光ピックアップにおいて、光検出
器の領域分割線による光検出感度の分布を表す図

【符号の説明】

１半導体レーザ２対物レンズ３偏光分離型ホログラム４４分の１波長板５光ディスク６光検出器７偏光ビームスプリッタ８アクチュエータ９３分割光検出器１０光検出器上の受光パターン１１半導体レーザ位置１２３分割光検出器位置１３光ディスク情報面１４光スポット位置１５レンズが移動したときの光スポット位置１６対物レンズ径１７光スポット１８単位セル１９分割線２１（１，１）次回折光２２（１，０）次回折光２３（１，−１）次回折光２４（０，１）次回折光２５（０，０）次回折光２６（０，−１）次回折光２７（−１，１）次回折光２８（−１，０）次回折光２９（−１，−１）次回折光３１偏光分離ホログラムの領域３２偏光分離ホログラムの領域３３偏光分離ホログラムの領域４１干渉領域４２干渉領域４３干渉領域４４光ディスクからの回折光の光強度分布４５光ディスクからの回折光の光強度分布４６光ディスクからの回折光の光強度分布４７光ディスクからの回折光の光強度分布４８光ディスクからの回折光の光強度分布４９光ディスクからの回折光の光強度分布５１（０，０）次回折光の位相５２（０，１）次回折光の位相５３（１，０）次回折光の位相６１０次回折光の光強度分布６２ −１次回折光の光強度分布６３１次回折光の光強度分布７１ブレーズ化ホログラム７２ホログラムからの不要回折光８１ビーム整形光学系８２偏光ビームスプリッタ９０光ディスクからの反射光のホログラム上での強度
分布９１コリメートレンズ９５光検出器の領域分割線１００対物レンズの移動方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西野清治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者伊藤昇大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者水野定夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者佐野晃正大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者門脇愼一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者和田秀彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コヒーレントビームを発する光源と、前記
光源から出射されるビームを光情報坦体上に微小スポッ
トに収束する為の集光光学系を有する光ピックアップ装
置であって、前記集光光学系と一体にホログラムが設置
されており、前記ホログラムは、前記光情報坦体の信号
情報列方向に対し直角方向に少なくとも３以上に分割さ
れた領域を有し、前記ホログラムの３以上の領域からそ
れぞれ回折光が生成され、前記回折光を独立に受光する
少なくとも２以上の別個の光検出器或いは２以上の領域
に分割された光検出器を有し、かつ前記少なくとも３つ
の別個の光検出器あるいは少なくとも３つの領域に分割
された光検出器の出力信号を個別に重み付き加算する回
路を具備することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】請求項１における光ピックアップ装置にお
いて、少なくとも３以上の光検出器の出力信号或いは３
以上の領域に分割された光検出器のそれぞれの領域から
の出力信号の変化に対応して、重みつき加算の重みを変
化させる第２の信号処理回路を合わせ持つことを特徴と
する光ピックアップ装置。
【請求項３】請求項１における光ピックアップ装置にお
いて前記ホログラムが偏光分離型ホログラムであり、か
つ前記集光光学系と前記ホログラムの間に４分の１波長
板を具備することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】請求項２における光ピックアップ装置にお
いて前記ホログラムが偏光分離型ホログラムであり、か
つ前記集光光学系と前記ホログラムの間に４分の１波長
板を具備することを特徴とする光ピックアップ装置。