JPH10320826A - 光ピックアップ装置およびそれを用いた光学記録媒体駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トラッキング動作時に集光レンズが移動した
場合でもトラッキングエラー信号の出力低下が生じるこ
とのない光ピックアップ装置を提供する。 【解決手段】 ３分割用回折格子３の回折格子面３ａ
は、半導体レーザ素子２から出射されたレーザ光を±１
次回折方向に回折する。回折格子面３ａは矩形形状ある
いは楕円形状に形成され、±１次回折光束が集光レンズ
５上で形成する光スポットが集光レンズ５の開口５ａ内
に位置するようにかつ集光レンズ５がトラッキング動作
により水平方向に移動された場合でも、光スポットが集
光レンズ５の開口５ａからはみ出ない大きさに形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ピックアップ装置
およびそれを用いた光学記録媒体駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクドライブ装置等の光学記録媒
体駆動装置に用いられる光ピックアップ装置は、レーザ
光を用いて光ディスク等の光学記録媒体への情報記録お
よび情報読出あるいはサーボ信号検出を行う。

【０００３】図９は、特開平３−７６０３５号公報に開
示された従来の光ピックアップ装置の概略図である。こ
の光ピックアップ装置は３ビーム法によるトラッキング
サーボを行う。

【０００４】図９において、光ディスク１の半径方向
（ラジアル方向）をＸ方向とし、光ディスク１のトラッ
ク方向をＹ方向とし、光ディスク１のディスク面に垂直
な方向をＺ方向とする。

【０００５】半導体レーザ素子１０２はレーザ光（光
束）ＢをＺ方向に出射する。半導体レーザ素子１０２か
ら出射された光束は３分割用回折格子１０３に入射す
る。図１０は、３分割用回折格子の平面図である。３分
割用回折格子１０３は等ピッチの凹凸からなる回折格子
面１０３ａを有している。回折格子面１０３ａは入射し
たレーザ光ＢをほぼＹ方向およびＺ方向を含む面内で０
次回折光束（主光束）、＋１次回折光束（副光束）およ
び−１次回折光束（副光束）の３本の光束に分割し、さ
らに透過型ホログラム素子１０４を透過させる。

【０００６】図９において、透過型ホログラム素子１０
４を透過した３本の光束は、集光レンズ１０５により光
ディスク１上に集光される。図１１は、光ディスクの記
録面における集光状態を示す模式図である。図１１に示
すように、０次回折光束は記録面のトラック面ＴＲ上に
主スポットＭ０として集光され、±１次回折光束は、主
スポットＭ０の両側に副スポットＳ１，Ｓ２として集光
される。

【０００７】また、主スポットＭ０および副スポットＳ
１，Ｓ２からの３本の帰還光束（反射光束）は、透過型
ホログラム素子１０４によりほぼＸ方向およびＺ方向を
含む面内で回折され、光検出器１０６により検出され
る。

【０００８】図１２は光検出器の一例を示す模式平面図
である。この光検出器１０６は、非点収差法を用いたフ
ォーカスサーボを行うために中心部に設けられた４分割
用光検出部１０６ａと、３ビーム法によるトラッキング
サーボを行うために４分割用光検出部１０６ａの両側に
設けられた光検出部１０６ｂ，１０６ｃとを含む。この
４分割光検出部１０６ａの中心部には上記の主スポット
Ｍ０に対応する帰還光束が入射し、光検出部１０６ｂ，
１０６ｃにはそれぞれ副スポットＳ１，Ｓ２に対応する
帰還光束が入射する。

【０００９】上記の光ピックアップ装置において、トラ
ッキング制御は以下のように行われる。図１１に示すよ
うに、光ディスク１の記録面１ａにおいて、情報が記録
されたトラック面ＴＲと非トラック面とでは光の反射率
が異なる。そこで、副スポットＳ１，Ｓ２からの帰還光
束をそれぞれ光検出部１０６ｂ，１０６ｃで検出する
と、主スポットＭ０が再生すべきトラック面ＴＲに良好
にトラッキングしている場合には、２つの光検出部１０
６ｂ，１０６ｃに入射する２つの副スポットＳ１，Ｓ２
からの帰還光束の光強度は等しくなる。また、主スポッ
トＭ０がトラック面ＴＲのどちらかの側にずれている場
合には、副スポットＳ１，Ｓ２の一方からの帰還光束の
光強度が相対的に大きく検出される。そこで、光検出部
１０６ｂ，１０６ｃからの出力信号ＰＥ，ＰＦを用い、
次式のトラッキングエラー信号ＴＥＳが得られる。

【００１０】ＴＥＳ＝ＰＥ−ＰＦ トラッキングエラー信号ＴＥＳが０の場合には良好なト
ラッキングが行われ、トラッキングエラー信号ＴＥＳの
値が大きくなるにつれてトラッキング状態が悪化してい
ることが検出される。

【００１１】トラッキングエラー信号ＴＥＳが検出され
ると、集光レンズ１０５がラジアル方向（Ｘ方向）に移
動され、光ディスク１のトラック面ＴＲへの主スポット
Ｍ０および副スポットＳ１，Ｓ２の集光位置が修正され
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図１３（ａ）は、３分
割用回折格子により回折された回折光束の集光状態を示
す模式断面図であり、図１３（ｂ）は集光レンズ上の模
式平面図である。図１３（ａ）に示すように、３分割用
回折格子１０３により＋１次方向に回折された回折光束
Ｂ１は集光レンズ１０５を通過して副スポットＳ１とし
て集光する。また、−１次方向に回折された回折光束Ｂ
２は集光レンズ１０５を通り、副スポットＳ２に集光さ
れる。

【００１３】図１３（ｂ）において、３分割用回折格子
１０３の回折格子面１０３ａは、図９に示したようにレ
ーザ光Ｂよりも大きく形成されている。このため、回折
格子面１０３ａに入射したレーザ光Ｂは集光レンズ１０
５の開口１０５ａよりも広い領域にわたって回折され、
集光レンズ１０５に入射する際に集光レンズ１０５の開
口１０５ａに入射されない領域Ｂ１ａ，Ｂ２ａが生じ
る。

【００１４】この状態で、トラッキング動作が行われ、
集光レンズ１０５がＸ方向（光ディスク１の半径方向）
に移動すると、回折光束Ｂ１，Ｂ２の集光レンズ１０５
への入射状態が図１３（ｂ）の左図から右図のように変
化する。集光レンズ１０５が移動すると、集光レンズ１
０５の開口１０５ａに入射する回折光束Ｂ１，Ｂ２の割
合が低下する。このため、光ディスク１の記録面１ａ上
での副スポットＳ１，Ｓ２の光量が低下し、これに伴っ
て光検出部１０６ｂ，１０６ｃに入射する副スポットＳ
１，Ｓ２からの帰還光束の光量も低下する。それゆえ、
トラッキング動作時に集光レンズ１０５が移動すると、
トラッキングエラー信号の出力が低下するという問題が
生じる。

【００１５】本発明の目的は、トラッキング動作時に集
光レンズが移動した場合でもトラッキング信号の出力低
下が生じることのない光ピックアップ装置およびそれを
用いた光学記録媒体駆動装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る光ピックアップ装置は、光束を出射する光源と、
光源から出射された光束を少なくとも第１および第２の
方向に回折する回折面を有する回折素子と、回折素子に
より第１および第２の方向に回折された光束を光学記録
媒体に照射する集光レンズとを備え、集光レンズが、ト
ラッキング動作のために光学記録媒体の半径方向に沿っ
て移動可能に設けられ、回折素子の回折面が、集光レン
ズがトラッキング動作のために移動した場合に、回折面
により第１および第２の方向に回折された回折光束の集
光レンズ上における光スポットが集光レンズの開口内に
位置する大きさに形成されたものである。

【００１７】この場合、トラッキング動作のために集光
レンズが移動した場合でも、回折光束は全て集光レンズ
を通り光学記録媒体上に集光される。このため、光学記
録媒体に集光される回折光束の光量は集光レンズの移動
の前後で変化しない。それゆえ、トラッキング動作によ
り光学記録媒体上への回折光束の光量が変化してトラッ
キングエラー信号の出力が変動することを防止すること
ができる。

【００１８】特に、回折素子の回折面は、光源から出射
された光束が回折素子上に形成する光スポットよりも小
さい矩形状で、かつ集光レンズが移動した場合に、回折
面により第１および第２の方向に回折された回折光束の
集光レンズ上における矩形状の光スポットが集光レンズ
の開口内に位置する大きさに形成されることが好まし
い。

【００１９】この場合には、集光レンズの移動にかかわ
らず、集光レンズの開口内に矩形状の回折光束の光スポ
ットが入射する。それゆえ、集光レンズが移動した場合
にも、光学記録媒体上に集光部される回折光束の光量が
一定に保たれ、当該回折光束に基づくトラッキングエラ
ー信号の変動を防止することができる。

【００２０】特に、集光レンズの開口半径をＲ、集光レ
ンズの移動量をＱ、光源と集光レンズの中心との実効距
離をＬ１、回折面と光源との実効距離をＬ２、第１の方
向に回折された光束と等価な直進光束を集光レンズに出
射すると想定される第１の仮想光源と光源との距離また
は第２の方向に回折された光束と等価な直進光束を集光
レンズに出射すると想定される第２の仮想光源と光源と
の距離をＳ、集光レンズ上に形成される矩形状の光スポ
ットの集光レンズの移動方向に直交する方向の制限値を
Ｂ１とした場合に、回折素子の回折面の集光レンズの移
動方向に直交する方向の幅Ｗ１は、

【００２１】

【数６】

【００２２】を満足するように設定され、回折面の集光
レンズの移動方向の幅Ｗ２は、Ｂ１＝（Ｗ１−２Ｓ）×
Ｌ１／Ｌ２＋２Ｓであり、

【００２３】

【数７】

【００２４】を満足するように設定されることが好まし
い。

【００２５】上記の条件を満足する回折面は、集光レン
ズの移動にかかわらず、第１および第２の方向に回折し
た回折光束を全て集光レンズの開口内に入射させる。こ
れにより、集光レンズの移動による回折光束の光量が変
化することが防止される。

【００２６】また、回折素子の回折面は、光源から出射
された光束が回折素子上に形成する光スポットよりも小
さい楕円形状または円形状で、かつ集光レンズが移動し
た場合に、回折面により第１および第２の方向に回折さ
れた回折光束の集光レンズ上における楕円形状の光スポ
ットが集光レンズの開口内に位置する大きさに形成され
ることが好ましい。

【００２７】この場合には、トラッキング動作時の集光
レンズの移動にかかわらず、集光レンズの開口内に楕円
形状の回折光束の全てを入射することができる。

【００２８】特に、回折素子の楕円形状の回折面が、集
光レンズの移動方向に直交する方向に長軸を有し、、集
光レンズの開口半径をＲ、集光レンズの移動量をＱ、光
源と集光レンズの中心との実効距離をＬ１、回折面と光
源との実効距離をＬ２、第１の方向に回折された光束と
等価な直進光束を集光レンズに出射すると想定される第
１の仮想光源と光源との距離または第２の方向に回折さ
れた光束と等価な直進光束を集光レンズに出射すると想
定される第２の仮想光源と光源との距離をＳ、集光レン
ズ上に形成される楕円形状の光スポットの集光レンズの
移動方向に直交する方向の半径の制限値をｂとした場
合、楕円形状の回折面の集光レンズの移動方向の幅ＷＡ
は、ｂ＝（ＷＢ−２Ｓ）×Ｌ１／Ｌ２＋２Ｓであり、

【００２９】

【数８】

【００３０】を満足するように設定されることが好まし
い。

【００３１】さらに、回折素子の楕円形状の回折面は、
集光レンズの移動方向に直交する方向の幅ＷＢが、

【００３２】

【数９】

【００３３】を満足するように設定されることが好まし
い。

【００３４】さらに、集光レンズの開口半径Ｒ、集光レ
ンズの移動量をＱ、光源と集光レンズの中心との実効距
離をＬ１、回折面と光源との実効距離をＬ２、第１の方
向に回折された光束と等価な直進光束を集光レンズに出
射すると想定される第１の仮想光源と光源との距離また
は第２の方向に回折された光束と等価な直進光束を集光
レンズに出射すると想定される第２の仮想光源と光源と
の距離をＳとした場合に、楕円形状の回折面の集光レン
ズの移動方向の幅ＷＡは、 ＷＡ≦２×（Ｒ−Ｑ）×Ｌ２／Ｌ１ を満足するように設定されることが好ましい。

【００３５】この場合、さらに楕円形状の回折面の集光
レンズの移動方向に直交する方向の幅ＷＢが、

【００３６】

【数１０】

【００３７】を満足するように設定されることが好まし
い。

【００３８】本発明に係る光学記録媒体駆動装置は、上
記のいずれかの発明に係る光ピックアップ装置と、光学
記録媒体を回転させる回転駆動部と、光ピックアップ装
置を光学記録媒体の半径方向に移動させる光ピックアッ
プ駆動部と、光ピックアップ装置から出力される信号を
処理する信号処理部とを備えたものである。

【００３９】これにより、トラッキング動作時に光学記
録媒体上への回折光束の光量が変化せず、トラッキング
エラー信号の出力低下の生じることのない光学記録媒体
駆動装置を得ることができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例におけ
る光ピックアップ装置の概略図である。図１の光ピック
アップ装置１００は、非点収差法によるフォーカスサー
ボおよび３ビーム法によるトラッキングサーボを行う。

【００４１】図１において、ＣＤ（コンパクトディス
ク）等の反射型光ディスク１の半径方向（ラジアル方
向）をＸ方向とし、光ディスク１のトラック方向をＹ方
向とし、光ディスク１の記録面１ａに垂直な方向をＺ方
向とする。

【００４２】光ピックアップ装置１００は、投受光ユニ
ット１０および集光レンズ５を備える。投受光ユニット
１０は、半導体レーザ素子２、透過型の３分割用回折格
子３、透過型ホログラム素子４および光検出器６からな
る。基台７上にブロック８が設けられ、ブロック８の側
面にヒートシンク９が取り付けている。半導体レーザ素
子２はヒートシンク９の表面に取り付けられている。

【００４３】透過型の３分割用回折格子３は光学ガラス
または光学樹脂からなり、ホルダ７１内にスペーサ７２
を介して配設されている。また、透過型ホログラム素子
４は、ホルダ７１の上面の開口部に配置されている。

【００４４】半導体レーザ素子２はレーザ光（光束）Ｂ
をＺ方向に出射する。３分割用回折格子３は、半導体レ
ーザ素子２から出射された光束ＢをほぼＹ方向およびＺ
方向を含む面内（紙面垂直面内）で０次回折光束（主光
束）、＋１次回折光束（副光束）および−１次回折光束
（副光束）からなる３本の光束に分割し、透過型ホログ
ラム素子４を透過させる。なお、図１中３本の光束は１
本の光束として表されている。

【００４５】集光レンズ５は、トラッキングサーボのた
めに光ディスク１の半径方向（Ｘ方向）に移動可能に支
持され、かつフォーカスサーボのために上下方向（Ｚ方
向）に移動可能に支持されている。この集光レンズ５は
透過型ホログラム素子４を０次で回折透過した主光束お
よび±１次で透過した２本の副光束を光ディスク１上に
それぞれ主スポットＭ０およびその両側に位置する副ス
ポットＳ１，Ｓ２として集光させる（図１１参照）。

【００４６】透過型ホログラム素子４は光ディスク１か
らの３本の帰還光束（反射光束）をほぼＸ方向およびＺ
方向を含む面内で１次回折させて光検出器６に入射させ
る。このとき、透過型ホログラム素子４は光ディスク１
からの３本の帰還光束に非点収差をそれぞれ与える。

【００４７】光検出器６は図１２に示す従来の光ピック
アップ装置の光検出器と同様の構成を有し、光ディスク
１における主スポットＭ０からの帰還光束に基づいて情
報再生信号およびフォーカス信号を出力し、また副スポ
ットＳ１，Ｓ２からの帰還光束に基づいてトラッキング
エラー信号を出力する。

【００４８】本実施例による光ピックアップ装置では、
トラッキング動作時に集光レンズ５が光ディスク１の半
径方向（Ｘ方向）移動した場合でも、集光レンズ５に入
射する±１次回折光束の光スポットが集光レンズ５の開
口から外れないように３分割用回折格子３の回折格子面
３ａの形状および寸法が設定されている。以下に、回折
格子面３ａの設定方法について説明する。

【００４９】（１）回折格子面３ａが矩形の場合 図２（ａ）は３分割用回折格子の平面図であり、図２
（ｂ）は図２（ａ）に示す３分割用回折格子により回折
された回折光束の集光レンズへの入射状態を示す平面図
である。また、図３は光ディスク１へのレーザ光の照射
状態を示すＸ−Ｚ断面模式図であり、図４は図３と同様
の状態を示すＹ−Ｚ断面模式図である。

【００５０】図２において、３分割用回折格子３の回折
格子面３ａは、レーザ光Ｂを回折させる方向（Ｙ−Ｚ面
方向）の縦寸法がＷ１、集光レンズ５の移動方向（Ｘ方
向）の横寸法がＷ２の矩形形状に形成されており、Ｘ方
向に延びる等ピッチの凹凸を有している。また、回折格
子面３ａ上は半導体レーザ素子２から出射されたレーザ
光Ｂの回折格子面３ａ上における光スポットＢ０よりも
小さく形成されている。

【００５１】この回折格子面３ａにより±１次方向に回
折された回折光束は、図２（ｂ）に示すように、集光レ
ンズの開口５ａ内において矩形の光スポットＢＳを形成
している。すなわち、縦横の寸法がＷ１×Ｗ２の矩形の
回折格子面３ａを透過し回折された回折光束は、集光レ
ンズの開口部５ａ内において縦横の寸法がＢ１×Ｂ２の
矩形の光スポットＢＳとなる。

【００５２】ここで、集光レンズ５上における光スポッ
トＢＳの縦寸法Ｂ１の最大値は与えられるものとする。
また、トラッキング動作時における集光レンズ５の移動
量Ｑは予め規定されている。

【００５３】そこで、回折格子面３ａの縦寸法Ｗ１は光
スポットＢＳの縦寸法Ｂ１の最大値以下であり、横寸法
Ｗ２は、集光レンズ５の移動により光スポットＢＳがＸ
方向にＱだけ相対移動した場合に集光レンズ５の開口５
ａからはみださない大きさに定めればよい。

【００５４】すなわち、図２（ｂ）を参照して、まず集
光レンズ５上での光スポットＢＳの縦寸法Ｂ１が与えら
れる。また、集光レンズ５がＸ方向にＱだけ移動したと
しても光スポットＢＳが集光レンズ５の開口５ａからは
みださないための条件は、 Ｂ２／２≦Ｃ−Ｑ ・・・（１） となる。

【００５５】上式において変数Ｃは

【００５６】

【数１１】

【００５７】である。

【００５８】したがって、光スポットＢＳの横寸法Ｂ２
には以下の関係が得られる。

【００５９】

【数１２】

【００６０】そこで、この集光レンズ５上での光スポッ
トＢＳの横寸法Ｂ２に対応する回折格子面３ａの横寸法
Ｗ２は、図３に示す光学系の幾何学的条件に基づいて下
記のように求められる。

【００６１】Ｗ２＝Ｂ２×Ｌ２／Ｌ１ ・・・（４） したがって、式（３），（４）より回折格子面３ａの横
寸法Ｗ２には下記の関係が求められる。

【００６２】

【数１３】

【００６３】 ただし、Ｂ１＝（Ｗ１−２Ｓ）×Ｌ１／Ｌ２＋２Ｓ また、回折格子面３ａの縦寸法Ｗ１は次のようにして求
められる。式（３）において光スポットＢＳの横寸法Ｂ
２には、Ｂ２＞０が成り立つから、

【００６４】

【数１４】

【００６５】となる。したがって、

【００６６】

【数１５】

【００６７】となる。これは、予め最大値として与えら
れる集光レンズ５上での光スポットＢＳの縦寸法Ｂ１の
制限条件となる。

【００６８】また、集光レンズ５上での光スポットＢＳ
の縦寸法Ｂ１に対応する回折格子面３ａの縦寸法Ｗ１
は、図４に示す光学系の幾何学的条件に基づいて Ｗ１＝（Ｂ１−２Ｓ）×Ｌ２／Ｌ１＋２Ｓ ・・・（８） の関係が成立する。そこで、この関係を式（７）に代入
すると、式（９）の関係が求められる。

【００６９】

【数１６】

【００７０】なお、上記の式（５），（９）において、
Ｒは集光レンズ５の開口半径であり、Ｓは図４において
回折格子面３ａが無い場合に＋１次回折光束ＤＢ１と同
じ光束を出射すると想定される仮想光源２００ａの実効
的位置と光源２００の実効的位置との距離、または−１
次回折光束ＤＢ２と同じ光束を出射するものと想定され
る仮想光源２００ｂの実効的位置と光源２００の実効的
位置との距離であり、Ｌ１は集光レンズ５の中心と光源
２００の実効的位置との実効距離であり、Ｌ２は３分割
用回折格子３の回折格子面３ａと光源２００の実効的位
置との実効距離である。

【００７１】また、実効的位置とは３分割用回折格子３
の屈折率の影響が無いと想定した場合に、屈折率の影響
があるときと同じ光束を出射する光源位置を示し、例え
ば実際の光源２００（半導体レーザ素子２の出射端）と
の関係は図５に示される。図５において、光源２００の
実効的位置Ｐ１と実際の位置Ｐ０との距離Ｄは、３分割
用回折格子３の屈折率をｎ、厚みをｄとすると、下記の
式（１０）により求められる。

【００７２】Ｄ＝（ｎ−１）×ｄ／ｎ ・・・（１０） また、集光レンズ５の中心と光源２００との実効距離Ｌ
１と、集光レンズ５の中心と光源２００の実際の位置と
の物理距離Ｘ１との間には、 Ｌ１＝Ｘ１−Ｄ＝Ｘ１−（ｎ−１）×ｄ／ｎ の関係が成立する。また、３分割用回折格子３の回折格
子面と光源２００の実効的位置との実効距離Ｌ２と、３
分割用回折格子３の回折格子面と光源２００の実際の位
置との物理距離Ｘ２との間には、 Ｌ２＝Ｘ２−Ｄ＝Ｘ２−（ｎ−１）×ｄ／ｎ の関係が成立する。

【００７３】さらに、式（５），（９）における光源２
００の実効的位置と±１次回折光束の仮想光源２００
ａ，２００ｂの実効的位置との距離Ｓは、レーザ光Ｂの
波長をλ、回折格子面３ａの回折格子の格子周期をΛ、
光源２００の実効的位置と３分割用回折格子３の光源側
表面との実効距離をＬ２、３分割用回折格子３の基板の
厚みをｄ、その屈折率をｎとすると、回折格子面３ａが
３分割用回折格子３の光源側表面にある場合には下記の
式（１１）により求められ、集光レンズ５側にある場合
には式（１２）により求められる。

【００７４】 Ｓ＝｛Ｌ２＋（ｎ−１）×ｄ／ｎ｝×ｔａｎ｛ｓｉｎ^-1（λ／Λ）｝ ・・・（１１） Ｓ＝（Ｌ２＋ｄ）×ｔａｎ｛ｓｉｎ^-1（λ／Λ）｝ ・・・（１２） 上記のような関係を満たす回折格子面３ａでは、トラッ
キング動作により集光レンズ５がＸ方向にＱだけ移動し
た場合でも、回折格子面３ａを回折透過した±１次回折
光束が集光レンズ５の開口５ａからはみだすことが防止
される。

【００７５】（２）回折格子面３ａが楕円形の場合 （ａ）集光レンズ面での楕円形の光スポットがレンズ開
口外周と２点で接する場合 図６（ａ）は、３分割用回折格子の平面図であり、図６
（ｂ）は、図６（ａ）に示す３分割用回折格子により回
折された回折光束の集光レンズへの入射状態を示す平面
図である。

【００７６】図６において、３分割用回折格子３の回折
格子面３ａは短径がＷＡ、長径がＷＢの楕円形状に形成
されており、Ｘ軸方向に延びる等ピッチの凹凸を有して
いる。また、回折格子面３ａは半導体レーザ素子２から
出射されたレーザ光Ｂの回折格子面３ａにおける光スポ
ット（図示せず）よりも小さく形成されている。

【００７７】この回折格子面３ａにより±１次方向に回
折された回折光束は、図６（ｂ）に示すように、集光レ
ンズの開口部５ａ内において楕円形の光スポットＢＳを
形成する。光スポットＢＳでは、回折格子面３ａの短径
ＷＡに対応する短径が２ａ、回折格子面３ａの長径ＷＢ
に対応する長径が２ｂである。

【００７８】ここで、光スポットＢＳの長径２ｂは集光
レンズ５の開口５ａの直径よりも小さくなるように制限
される。また、トラッキング動作時における集光レンズ
５のＸ方向の移動量Ｑは予め規定されている。そこで、
回折格子面３ａの短径ＷＡは、光スポットＢＳがトラッ
キング動作時にＸ方向にＱだけ相対移動した場合に集光
レンズ５の開口５ａからはみださないように定められ
る。

【００７９】この条件に基づき、さらに図３に示す光学
系の幾何学的条件を考慮し、回折格子面３ａの短径ＷＡ
が求められる。

【００８０】すなわち、集光レンズ５の開口５ａの開口
半径をＲ、集光レンズ５上における光スポットＢＳの長
軸方向の半径をｂとした場合、

【００８１】

【数１７】

【００８２】の条件を満たす範囲で回折格子面３ａの短
径ＷＡは下記の式（１４）により設定される。

【００８３】

【数１８】

【００８４】ただし、ｂ＝（ＷＢ−２Ｓ）×Ｌ１／Ｌ２
＋２Ｓである。

【００８５】なお、式（１３），（１４）における変数
Ｌ１，Ｌ２，Ｓは、それぞれ矩形の回折格子面の場合と
同じである。

【００８６】（ｂ）集光レンズ面での楕円形の光スポッ
トがレンズ開口外周と１点で接する場合 図７（ａ）は、３分割用回折格子の平面図であり、図７
（ｂ）は、図７（ａ）に示す３分割用回折格子により回
折された回折光束の集光レンズへの入射状態を示す平面
図である。

【００８７】図７において、３分割用回折格子３の回折
格子面３ａは、長径がＷＡ、短径がＷＢの楕円形状に形
成されており、Ｘ方向に延びる等ピッチの凹凸を有して
いる。また、回折格子面３ａは半導体レーザ素子２から
出射されたレーザ光Ｂの回折格子面３ａにおける光スポ
ット（図示せず）よりも小さく形成されている。

【００８８】この回折格子面３ａにより±１次方向に回
折された回折光束は、図７（ｂ）に示すように、集光レ
ンズの開口５ａ内において楕円形の光スポットＢＳを形
成する。光スポットＢＳは、回折格子面３ａの長径ＷＡ
に対応する長径が２ａ、回折格子面３ａの短径がＷＢに
対応する短径が２ｂである。

【００８９】ここで、光スポットＢＳの短径２ｂは集光
レンズ５の開口５ａの直径よりも小さくなるように制限
される。また、トラッキング動作時における集光レンズ
５のＸ方向の移動量Ｑは予め規定されている。そこで、
回折格子面３ａの長径ＷＡは、光スポットＢＳがトラッ
キング動作時にＸ方向にＱだけ相対移動した場合に集光
レンズ５の開口５ａからはみ出さないように定められ
る。

【００９０】この条件に基づき、さらに図４に示す幾何
学的条件を考慮し、回折格子面３ａの長径ＷＡが求めら
れる。

【００９１】すなわち、集光レンズ５の開口５ａの開口
半径をＲとした場合、

【００９２】

【数１９】

【００９３】の条件を満たす範囲で、回折格子３ａの長
径ＷＡは下記の式（１６）により設定される。

【００９４】 ＷＡ≦２×（Ｒ−Ｑ）×Ｌ２／Ｌ１ ・・・（１６） なお、上記の式（１５），（１６）における変数Ｌ１，
Ｌ２，Ｓは、それぞれ矩形の回折格子面の場合と同じで
ある。

【００９５】このように、３分割用回折格子３の回折格
子面３ａを上記の条件に従う楕円形状に形成することに
より、トラッキング動作時に集光レンズ５が移動した場
合でも±１次回折光束が集光レンズ５の開口５ａ内に位
置し、これによって副スポットの光量変化が生じること
が防止される。

【００９６】（ｃ）楕円形状の回折格子面の寸法算出方
法 上記（ａ）、（ｂ）に示す楕円形状の回折格子面３ａの
寸法は以下の手順により算出される。例えば、図６
（ｂ）を参照して、集光レンズ５の開口５ａの半径を
Ｒ、光スポットＢＳのＸ方向の半径をａ、Ｙ方向の半径
をｂとすると、集光レンズの開口５ａを示す円は、 Ｘ² ＋Ｙ² ＝Ｒ² ・・・（１７） となり、また光スポットＢＳをＸ方向に集光レンズ５の
移動量Ｑだけ移動した楕円（点線部分）は、 （Ｘ−Ｑ）² ／ａ² ＋Ｙ² ／ｂ² ＝１ ・・・（１８） のように表される。そこで、光スポットＢＳが集光レン
ズの開口５ａからはみ出さない限界となる条件として、
上記の式（１７）で示す円と式（１８）で示す楕円との
交点を求める。この場合、式（１７）、（１８）により
下式が得られる。

【００９７】 （ａ² −ｂ² ）Ｘ² ＋２ｂ² ＱＸ＋ａ² ｂ² −ｂ² Ｑ² −ａ² Ｒ² ＝０ ・・・（１９） この式（１９）において、式（１７）に示す円と式（１
８）に示す楕円とが図６（ｂ）または図７（ｂ）に示す
ような接点を有するためには、式（１９）が、（ＣＸ−
Ｋ）² ＝０ ・・・（２０）の形となる必要がある。そ
こで、次の関係が導かれる。

【００９８】ａ² −ｂ² ＝Ｃ² ・・・（２１） ２ｂ² Ｑ＝−２ＣＫ ・・・（２２） ａ² ｂ² −ｂ² Ｑ² −ａ² Ｒ² ＝Ｋ² ・・・（２３） 式（２２）よりｂ⁴ Ｑ² ＝Ｃ² Ｋ² となり、式（２
１）、（２３）に代入すると、 ａ² ｛ａ² （ｂ² −Ｒ² ）−ｂ² Ｑ² −ｂ² （ｂ² −Ｒ² ）｝＝０ ・・・（２４） が得られる。ここで、ａ＞０より ａ² （ｂ² −Ｒ² ）−ｂ² Ｑ² −ｂ² （ｂ² −Ｒ² ）＝０ ・・・（２５） が導かれ、それにより、 ａ² ＝ｂ² Ｑ² ／（ｂ² −Ｒ² ）＋ｂ²

【００９９】

【数２０】

【０１００】の関係が成立する。

【０１０１】ただし、式（２６）＞０という条件より

【０１０２】

【数２１】

【０１０３】となる。

【０１０４】また、集光レンズ５が移動した場合の集光
レンズ５の開口５ａと光スポットＢＳとの接触状態が図
６（ｂ）の状態と図７（ｂ）の状態との境界となる条件
は、式（２７）をａ＝Ｒ−Ｑの関係を用いて変形する
と、 ｂ² −Ｒ（Ｒ−Ｑ）＝０ ・・・（２８） となり、これにより、

【０１０５】

【数２２】

【０１０６】の条件が得られる。

【０１０７】以上のことより、集光レンズ５上の光スポ
ットＢＳが開口５ａからはみ出ないための条件は、光ス
ポットＢＳと集光レンズの開口５ａとが図６（ｂ）の状
態で接する場合、すなわち

【０１０８】

【数２３】

【０１０９】の時、

【０１１０】

【数２４】

【０１１１】となり、また、集光スポットＢＳと集光レ
ンズの開口５ａとが図７（ｂ）に示す状態となる場合、
すなわち

【０１１２】

【数２５】

【０１１３】の時、 ａ≦Ｒ−Ｑ ・・・（２５） となる。

【０１１４】そこで、上記の式（３０）〜（３３）の条
件を用いて、さらに図３および図４に示す光学系の幾何
学的条件を考慮して集光レンズ上での寸法ａ，ｂを回折
格子面３ａの縦および横寸法ＷＡ，ＷＢに変換すること
により、上述した式（１３）〜（１６）の関係が得られ
る。

【０１１５】なお、回折格子面３ａの形状は、上記の矩
形および楕円形に限定されるものではなく、他の形状、
例えば円形、円形と矩形の組み合わせた形状あるいは半
楕円と矩形の組み合わせた形状等、任意の形状を用いる
ことができる。これらの形状に対しても、上記と同様の
制限条件を適用してその大きさを設定することができ
る。特に、円形の場合には、上記の式（１３）〜（１
６）を適用して外形寸法を求めることができる。

【０１１６】図８は、本実施例の光ピックアップ装置を
用いた光学記録媒体駆動装置の構成を示すブロック図で
ある。光学記録媒体駆動装置３０は、光ディスク１を回
転駆動させるモータ２７およびモータ２７の回転動作を
制御する回転制御系２６を有する。光ディスク１の下面
側には光ピックアップ装置１００が配置されている。光
ピックアップ装置１００は、送りモータ２２によって検
出位置が光ディスク１の半径方向に移動される。送りモ
ータ２２の動作は送り動作制御系２３により制御され
る。さらに、光ピックアップ装置１００の動作はピック
アップ制御系２４によって制御され、光ピックアップ装
置１００からの検出信号は、信号処理系２５によって出
力処理される。さらに、光学記録媒体駆動装置３０の各
処理系の動作はドライブコントローラ２８により制御さ
れる。

【０１１７】この光学記録媒体駆動装置３０は、ドライ
ブインタフェース２９を介して記録再生装置に接続さ
れ、検出信号に基づいた情報再生処理が行われる。

【０１１８】上記のような光学記録媒体駆動装置３０に
本発明の光ピックアップ装置１００を用いることによ
り、トラッキング動作時の集光レンズの移動によるトラ
ッキングエラー信号の出力変動を抑制することができ、
高性能のトラッキング動作を行うことができる。

【０１１９】なお、本実施例において、モータ２７およ
び回転制御系２６が回転駆動部に相当し、送りモータ２
２および送りモータ制御系２３が光ピックアップ駆動部
に相当し、信号処理系２５が信号処理部に相当する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光ピックアップ装置の概
略構成図である。

【図２】３分割用回折格子の平面図および３分割用回折
格子により回折された回折光束の集光レンズへの入射状
態を示す平面図である。

【図３】光ディスクへのレーザ光の照射状態を示すＸ−
Ｚ断面模式図である。

【図４】光ディスクへのレーザ光の照射状態を示すＹ−
Ｚ断面模式図である。

【図５】光源の実効的位置と実際の位置との関係を示す
説明図である。

【図６】３分割用回折格子の平面図および回折光束の集
光レンズへの入射状態を示す平面図である。

【図７】３分割用回折格子の平面図および回折光束の集
光レンズへの入射状態を示す平面図である。

【図８】本実施例により光ピックアップ装置を用いた光
学記録媒体駆動装置の構成を示すブロック図である。

【図９】従来の光ピックアップ装置の概略構成図であ
る。

【図１０】従来の光ピックアップ装置における３分割用
回折格子の平面図である。

【図１１】光ディスク上の集光状態を示す模式図であ
る。

【図１２】従来の光検出器の構成を示す平面図である。

【図１３】回折光束の集光状態を示す模式断面図および
模式平面図である。

【符号の説明】

２ 半導体レーザ素子 ３ ３分割用回折格子 ３ａ 回折格子面 ５ 集光レンズ ５ａ 開口 １００ 光ピックアップ装置

フロントページの続き (72)発明者 後藤 壮謙 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 澤田 稔 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 茨木 晃 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光束を出射する光源と、 前記光源から出射された光束を少なくとも第１および第
   ２の方向に回折する回折面を有する回折素子と、 前記回折素子により前記第１および第２の方向に回折さ
   れた光束を光学記録媒体に照射する集光レンズとを備
   え、 前記集光レンズは、トラッキング動作のために前記光学
   記録媒体の半径方向に沿って移動可能に設けられ、 前記回折素子の回折面は、前記集光レンズがトラッキン
   グ動作のために移動した場合に、前記回折面により前記
   第１および第２の方向に回折された回折光束の前記集光
   レンズ上における光スポットが前記集光レンズの開口内
   に位置する大きさに形成されたことを特徴とする光ピッ
   クアップ装置。
2. 【請求項２】 前記回折素子の前記回折面は、光源から
   出射された光束が前記回折素子上に形成する光スポット
   よりも小さい矩形状で、かつ前記集光レンズが移動した
   場合に、前記回折面により前記第１および第２の方向に
   回折された回折光束の集光レンズ上における矩形状の光
   スポットが前記集光レンズの開口内に位置する大きさに
   形成されたことを特徴とする請求項１記載の光ピックア
   ップ装置。
3. 【請求項３】 前記集光レンズの開口半径をＲ、前記集
   光レンズの移動距離をＱ、前記光源と前記集光レンズの
   中心との実効距離をＬ１、前記回折面と前記光源との実
   効距離をＬ２、前記第１の方向に回折された光束と等価
   な直進光束を前記集光レンズに出射すると想定される第
   １の仮想光源と前記光源との距離または前記第２の方向
   に回折された光束と等価な直進光束を前記集光レンズに
   出射すると想定される第２の仮想光源と前記光源との距
   離をＳ、前記集光レンズ上に形成される前記矩形状の光
   スポットの前記集光レンズの移動方向に直交する方向の
   制限幅をＢ１とした場合に、 前記回折素子の前記回折面の前記集光レンズの移動方向
   に直交する方向の幅Ｗ１は、 【数１】 を満足するように設定され、 前記回折面の前記集光レンズの移動方向の幅Ｗ２は、 Ｂ１＝（Ｗ１−２Ｓ）×Ｌ１／Ｌ２＋２Ｓであり、 【数２】 を満足するように設定されたことを特徴とする請求項２
   記載の光ピックアップ装置。
4. 【請求項４】 前記回折素子の前記回折面は、前記光源
   から出射された光束が前記回折素子上に形成する光スポ
   ットよりも小さい楕円形状または円形状で、かつ前記集
   光レンズが移動した場合に、前記回折面により前記第１
   および第２の方向に回折された回折光束の前記集光レン
   ズ上における楕円形状の光スポットが前記集光レンズの
   開口内に位置する大きさに形成されたことを特徴とする
   請求項１記載の光ピックアップ装置。
5. 【請求項５】 前記回折素子の楕円形状の回折面は、前
   記集光レンズの移動方向に直交する方向に長軸を有し、 前記集光レンズの開口半径をＲ、前記集光レンズの移動
   量をＱ、前記光源と前記集光レンズの中心との実効距離
   をＬ１、前記回折面と前記光源との実効距離をＬ２、前
   記第１の方向に回折された光束と等価な直進光束を前記
   集光レンズに出射すると想定される第１の仮想光源と前
   記光源との距離または前記第２の方向に回折された光束
   と等価な直進光束を前記集光レンズに出射すると想定さ
   れる第２の仮想光源と前記光源との距離をＳ、前記集光
   レンズ上に形成される前記楕円形状の光スポットの前記
   集光レンズの移動方向に直交する方向の半径の制限幅を
   ｂとした場合に、 前記楕円形状の前記回折面の前記集光レンズの移動方向
   の幅ＷＡは、 ｂ＝（ＷＢ−２Ｓ）×Ｌ１／Ｌ２＋２Ｓであり、 【数３】 を満足するように設定されることを特徴とする請求項４
   記載の光ピックアップ装置。
6. 【請求項６】 前記回折素子の楕円形状の回折面は、前
   記集光レンズの移動方向に直交する方向の幅ＷＢが、 【数４】 を満足するように設定されることを特徴とする請求項５
   記載の光ピックアップ装置。
7. 【請求項７】 前記集光レンズの開口半径をＲ、前記集
   光レンズの移動量をＱ、前記光源と前記集光レンズの中
   心との実効距離をＬ１、前記回折面と前記光源の実効距
   離をＬ２、前記第１の方向に回折された光束と等価な直
   進光束を前記集光レンズに出射すると想定される第１の
   仮想光源と前記光源の距離または前記第２の方向に回折
   された光束と等価な直進光束を前記集光レンズに出射す
   ると想定される第２の仮想光源と前記光源との距離をＳ
   とした場合に、 前記楕円形状の前記回折面の前記集光レンズの移動方向
   の幅ＷＡは、 ＷＡ≦２×（Ｒ−Ｑ）×Ｌ２／Ｌ１ を満足するように設定されることを特徴とする請求項４
   記載の光ピックアップ装置。
8. 【請求項８】 前記回折素子の楕円形状の前記回折面
   は、前記集光レンズの移動方向に直交する方向の幅ＷＢ
   が、 【数５】 を満足するように設定されることを特徴とする請求項７
   記載の光ピックアップ装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の
   光ピックアップ装置と、 光学記録媒体を回転させる回転駆動部と、 前記光ピックアップ装置を前記光学記録媒体の半径方向
   に移動させる光ピックアップ駆動部と、 前記光ピックアップ装置から出力される信号を処理する
   信号処理部とを備えたことを特徴とする光学記録媒体駆
   動装置。