(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ素子からのレーザビームを１つのメインビームと２つのサブビームとに分割する回折素子と、前記メインビームおよび前記サブビームをディスクに収束させるレンズと、前記ディスクからの反射光をそれぞれ回折する第１パターンおよび第２パターンに二分されたホログラム素子と、前記第１パターンおよび前記第２パターンでそれぞれ回折された前記メインビームを受光する第１部分と前記サブビームを受光する第２部分とを含む光検出器とを備える光ピックアップにおいて、
前記第１パターンおよび前記第２パターンのそれぞれは、実光源点と所定距離だけ離間した前記サブビームのそれぞれの仮想光源点から前記ホログラム素子までの光路長と前記ホログラム素子から前記光検出器の前記第２部分までの光路長との差が前記レーザビームの波長の整数倍となるような点の軌跡で表されることを特徴とする、光ピックアップ。
【請求項２】
レーザ素子からのレーザビームを回折素子によって分割された１つのメインビームと２つのサブビームのうち、ディスクで反射された２つの前記サブビームをピッチの異なる第１パターンと第２パターンによりそれぞれ回折して受光素子に収束するためのホログラムパターンとを備える、ホログラム素子において、
前記第１パターンおよび前記第２パターンのそれぞれは、実光源点と所定距離だけ離間した前記サブビームのそれぞれの仮想光源点から前記ホログラム素子までの光路長と前記ホログラム素子から前記受光素子までの光路長との差が前記レーザビームの波長の整数倍となるような点の軌跡で表されることを特徴とする、ホログラム素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は光ピックアップおよびホログラム素子に関し、特にたとえばＣＤやＤＶＤ等のような光ディスク（以下、単に「ディスク」という。）からの反射光を回折するとともに受光素子上に収束させる、光ピックアップおよびホログラム素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクから情報を読み取る光ピックアップには、記録情報の再生機能とともにフォーカスエラーおよびトラッキングエラーを検出する機能が要求され、従来では、周知のフーコー法や非点収差法等でフォーカスエラーを検出し、プッシュプル法や３ビーム法等でトラッキングエラーを検出するようにしていた。そして、フーコー法と３ビーム法とを組み合わせて用いる場合には、たとえば図９に示すように、メインビームを受光する受光素子２ａ〜２ｃと、サブビームを受光する受光素子３ａおよび３ｂとを有する光検出器１を用いて、受光素子２ａおよび２ｂの出力信号の差（Ｓ２ａ−Ｓ２ｂ）でフォーカス誤差信号を求め、受光素子３ａおよび３ｂの出力信号の差（Ｓ３ａ−Ｓ３ｂ）でトラッキング誤差信号を求めるようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ディスクで反射されたサブビームの反射光はレンズを斜めに通るため、ホログラム素子４（図９）において均等には二分されず、分割された２つのサブビームのスポットサイズは同じではなくなる。したがって、分割後にスポットサイズの大きい側（以下、「開口側」という。）として回折されたサブビームとスポットサイズの小さい側（以下、「遮光側」という。）として回折されたサブビームとは、光検出器１の受光面上で対称形状とはならず、受光面上では、遮光側のサブビームＢのスポットサイズの方が開口側のサブビームＡのスポットサイズよりも大きくなる。
【０００４】
一方、従来のホログラム素子４のパターン設計においては、メインビームに対する波面収差を小さくすることが重視され、サブビームについては大きな波面収差が残留していた。すなわち、従来では、図１０に示すように、分割線５からの距離ｘに対して、Ａｘ4 ＋Ｂｘ2 ＋Ｃの偶関数で表される第１パターン６および第２パターン７を設計し、これらのパターンを二分して接合することによって全体パターン８を得るようにしていたが、このパターン設計においてはサブビームに対する波面収差は考慮されていなかった。
【０００５】
そのため、図９に示すように、遮光側のサブビームＢが受光素子３ａおよび３ｂからはみ出すおそれがあり、トラッキングエラーバランスやジッタが温度変化に伴って大きく変動し、光ピックアップの特性が不安定になるという問題があった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、光ピックアップの特性を安定させることができる、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】
第１の発明は、レーザ素子からのレーザビームを１つのメインビームと２つのサブビームとに分割する回折素子と、メインビームおよびサブビームをディスクに収束させるレンズと、ディスクからの反射光をそれぞれ回折する第１パターンおよび第２パターンに二分されたホログラム素子と、第１パターンおよび第２パターンでそれぞれ回折されたメインビームを受光する第１部分とサブビームを受光する第２部分とを含む光検出器とを備える光ピックアップにおいて、第１パターンおよび第２パターンのそれぞれは、実光源点と所定距離だけ離間したサブビームのそれぞれの仮想光源点からホログラム素子までの光路長とホログラム素子から光検出器の第２部分までの光路長との差がレーザビームの波長の整数倍となるような点の軌跡で表されることを特徴とする、光ピックアップである。
【０００７】
第２の発明は、レーザ素子からのレーザビームを回折素子によって分割された１つのメインビームと２つのサブビームのうち、ディスクで反射された２つのサブビームをピッチの異なる第１パターンと第２パターンによりそれぞれ回折して受光素子に収束するためのホログラムパターンを備える、ホログラム素子において、第１パターンおよび第２パターンのそれぞれは、実光源点と所定距離だけ離間したサブビームのそれぞれの仮想光源点からホログラム素子までの光路長とホログラム素子から受光素子までの光路長との差がレーザビームの波長の整数倍となるような点の軌跡で表されることを特徴とする、ホログラム素子である。
【０００８】
【作用】
ホログラム素子の第１パターンおよび第２パターンは、それぞれ２つのサブビームのそれぞれの仮想光源点からホログラム素子までの光路長とホログラム素子から光検出器の第２部分までの光路長との差がレーザビームの波長の整数倍となるような点の軌跡となるように設計されているので、サブビームのスポットが光検出器の第２部分からはみ出す心配はない。
【０００９】
【発明の効果】
この発明によれば、サブビームのスポットが受光面からはみ出すのを防止できるので、光ピックアップの特性を安定させることができる。
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１０】
【実施例】
図１に示すこの実施例の光ピックアップ１０は、ディスクモータ１２によって回転されるＣＤやＤＶＤ等のようなディスク１４から情報を読み取るためのものであり、所定の波長のレーザ光を発光する光源としての半導体レーザ素子１６を含む。半導体レーザ素子１６には、ＡＰＣ（Automatic Power Control)１８が接続され、このＡＰＣ１８によって半導体レーザ素子１６の出力が制御される。また、半導体レーザ素子１６とディスク１４との間には、回折素子としてのホログラム素子２０および対物レンズ２２が配置され、ホログラム素子２０の斜め下方には、光検出器２４（図２）が配置される。
【００１１】
ホログラム素子２０は、石英ガラス等からなる基板２６を含み、基板２６の下面には１つのメインビームと２つのサブビームを生成するためのグレーティングパターン２８が形成され、基板２６の上面には光偏向用のホログラムパターン３０が形成される。ホログラムパターン３０は、図２に示すように、ディスク１４の径方向に延びる分割線Ａ０によって、互いに異なるピッチを有する第１パターン３０ａと第２パターン３０ｂとに分割される。
【００１２】
対物レンズ２２は、フォーカシングアクチュエータを構成する図示しないアクチュエータコイルに固定され、アクチュエータコイルに通電されることによって上下方向に変位される。
光検出器２４は、図２に示すように、５つの受光素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｅおよび３２ｆに分割され、受光素子３２ａと３２ｂとを隔てる分割線Ｂ０は、フォーカスオフセットを防止するために、ホログラムパターン３０（図２）における回折方向とほぼ同じ方向であってわずかに角度をもつように形成される。
【００１３】
一般に、開口数ＮＡの対物レンズで波長λのビームを絞ったスポット（エアリディスク）の直径ｄは、ｄ＝１．２２λ／ＮＡで表すことができる。また、対物レンズ２２の半導体レーザ１６側のＮＡをＮＡL とし、メインビーム（０次光）のホログラムパターン３０で分割された後のＮＡをＮＡO とすると、メインビーム（０次光）はホログラムパターン３０で２等分されることから、ＮＡO ＝ＮＡL ／２と表すことができる。したがって、メインビーム（０次光）のスポット径ｄ０は、ｄ０＝２．４４λ／ＮＡL となる。一方、サブビームは、中心からずれた位置で分割されるため、図２に示すように、開口側のサブビームＡのスポットは受光素子３２ｅおよび３２ｆ上で小さく絞り込まれるが、遮光側のサブビームＢのスポットは受光素子３２ｅおよび３２ｆ上で大きくぼけた状態となる。そのため、受光素子３２ｅおよび３２ｆの幅は、遮光側スポットの大きさよりも広く設定する必要があるが、この幅をあまりに広くすると、チップサイズが大型化してしまう。そこで、この実施例では、サブビームを光源としたときの光路長と波長とに基づいて、受光素子３２ｅおよび３２ｆ上でのサブビームのスポットサイズが最小となるようにホログラムパターン３０を設計する。
【００１４】
すなわち、図３に示すように、＋１次サブビームを光源としたときの光路長と波長とに基づいて受光素子上でのサブビームスポットが最小となるように円形領域全体に第１パターン３０ａを設計し、−１次サブビームを光源としたときの光路長と波長とに基づいて受光素子上でのサブビームスポットが最小となるように円形領域全体に第２パターン３０ｂを設計し、これらを二分して接合することによってホログラムパターン３０を得る。より具体的に説明すると、第１パターン３０ａを設計する際には、図４（Ａ）に示すように、ホログラム素子２０と光検出器２４とを所定位置に配置し、＋１次サブビームの仮想光源点をＰ1 とし、受光素子３２ｆ上における収束点をＳ1 としたとき、＋１次サブビームの光路長（光学的距離）Ｏ1 Ｐ1 とＯ1 Ｓ1 との差（Ｏ1 Ｐ1 −Ｏ1 Ｓ1 ）がｎλ（ｎ＝０，±整数，λ：波長）となるホログラム素子２０上の点Ｏ1 の軌跡を求めて、これを第１パターン３０ａとする。一方、図４（Ｂ）に示すように、−１次サブビームの仮想光源点Ｐ2 と収束点Ｓ2 とに基づいて、同様の方法によって第２パターン３０ｂを求める。そして、第１パターン３０ａおよび第２パターン３０ｂのそれぞれを二分して接合する。なお、空気中と基板２６中とにわたる光路長は、それぞれの光路長をいわゆる光線追跡計算によって求め、これらを合計することによって得られる。
【００１５】
たとえば、１６μｍピッチのグレーティングパターン２８を用いてレーザ光を３つに分割し、ディスク１４上においてメインビームスポットから±１３μｍ隔てた位置にサブビームスポットを作り、このサブビームの反射光を対物レンズ２２およびホログラムパターン３０を通してメインビームの光軸から±６６μｍ隔てた位置に収束させる場合、サブビームの仮想光源点Ｐ1 およびＰ2 は、それぞれ±７０μｍだけ実際の発光点Ｐ0 からずれることになる。そして、この条件下では、上述の設計方法に従って、図５のグラフに示す第１パターン３０ａと、図６のグラフに示す第２パターン３０ｂとが得られ、これらのパターン３０ａおよび３０ｂに基づいて図７に示すホログラムパターン３０が得られる。第１パターン３０ａおよび第２パターン３０ｂのそれぞれは、Ａｘ4 ＋Ｄｘ3 ＋Ｂｘ2 ＋Ｅｘ＋Ｃを基本とする多項式で表すことができる。つまり、ホログラムパターン３０における第１パターン３０ａおよび第２パターン３０ｂは、これらの境界線からの距離ｘに対して奇数次の依存性を有するパターンで構成されることになる。
【００１６】
動作において、光ピックアップ１０のスイッチをオンすると、ディスクモータ１２によってディスク１４が回転されるとともに、半導体レーザ素子１６が発光される。すると、半導体レーザ素子１６からのレーザビームがグレーティングパターン２８によって回折され、メインビームと２つのサブビームとに分割される。グレーティングパターン２８によって分割された３つのビームは、ホログラムパターン３０を通過し、対物レンズ２２によってディスク１４に収束される。ディスク１４によって反射された反射光は、対物レンズ２２を経て、ホログラムパターン３０によって回折され、メインビームが光検出器２４の受光素子３２ａ〜３２ｃに収束され、サブビームが受光素子３２ｅおよび３２f に収束される。そして、受光素子３２ａおよび３２ｂの出力信号の差（Ｓ３２ａ−Ｓ３２ｂ）でフォーカス誤差信号が求められ、受光素子３２ｅおよび３２ｆの出力信号の差（Ｓ３２ｅ−Ｓ３２ｆ）でトラッキング誤差信号が求められる。
【００１７】
この実施例によれば、サブビームを光源としたときの光路長と波長とに基づいて、サブビームのスポットサイズが最小となるようにホログラムパターン３０を設計しているので、遮光側のサブビームが受光面からはみ出す心配はない。したがって、トラッキングエラーバランスやジッタが温度変化に伴って大きく変動するのを防止でき、光ピックアップ１０の特性を安定させることができる。また、ホログラム素子２０や光検出器２４等の取付精度の許容範囲を広げることができる。なお、図８は、図７に示したホログラムパターン３０を用いた場合のサブビームスポットの中心からの距離と光強度との関係を示したグラフである。このグラフでは、サブビームスポットの裾の部分における光強度が従来技術に比べて大幅に小さくなっており、このことからサブビームのスポットサイズが実質的に小さくなっていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の光ピックアップを示す図解図である。
【図２】図１実施例で用いられる光検出器を示す図解図である。
【図３】図１実施例で用いられるホログラム素子を示す図解図である。
【図４】ホログラム素子の設計方法を示す図解図である。
【図５】第１パターンを示すグラフである。
【図６】第２パターンを示すグラフである。
【図７】第１パターンと第２パターンとを組み合わせたホログラムパターンを示すグラフである。
【図８】サブビームスポットの中心からの距離と光強度との関係を示すグラフである。
【図９】従来技術を示す図解図である。
【図１０】従来のホログラムパターンを示す図解図である。
【符号の説明】
１０  …光ピックアップ
１６  …半導体レーザ素子
２０  …ホログラム素子
２２  …対物レンズ
２４  …光検出器
２８  …グレーティングパターン
３０  …ホログラムパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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