JP2000123396A

JP2000123396A - 光学装置

Info

Publication number: JP2000123396A
Application number: JP10291116A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mizuno; 剛水野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】光学ピックアップ等の光学装置において、そ
の光学部品点数の削減および光学的な配置設定に際して
のアライメントの簡単化を可能にし、装置全体の簡素
化、小型化を図ると共に、全てのピット深さの光学記録
媒体に対してトラッキングエラー信号及びフォーカスエ
ラー信号が安定して得られ、半導体プロセスによる製造
が容易にできるようにする。【解決手段】発光部ＬＤ，Ｍ１と、光検出素子ＰＤ
１，ＰＤ２，ＰＤ３から成る受光部と、発光部からの出
射光Ｌ_Fを被照射部２に収束照射し、更に被照射部２か
ら反射された戻り光Ｌ_Rを収束させる収束手段３とを有
し、戻り光Ｌ_Rの収束手段３による焦点位置近傍に戻り
光Ｌ_Rの光軸に対して対称となるように互い違いに形成
されたマスク手段４，５が形成され、マスク手段４，５
を経た戻り光Ｌ_R（Ｌ１）を光検出素子ＰＤ１，ＰＤ
２，ＰＤ３で受光してトラッキングエラー信号及びフォ
ーカスエラー信号を検出する光学装置２０を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば発光部から
の光を光記録媒体例えば光ディスクなどの被照射部に照
射し、被照射部からの反射による戻り光を受光検出する
場合に適用して好適な光学装置に係わる。特に任意のピ
ット深さやグルーブ深さを有する光ディスクに対するト
ラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号を検出
する場合に適用して好適な光学装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学装置、いわゆるコンパクトデ
ィスク（ＣＤ）プレーヤなどの光ディスクドライブや光
磁気ディスクドライブの光学ピックアップでは、グレー
ティングやビームスプリッタなどの各光学部品を個別に
組み立てるため装置全体の構成が複雑且つ大きくなり、
また、基板上にハイブリッドで組み立てる場合に光学的
な配置設定に際して厳しいアライメント精度を必要とし
ていた。

【０００３】図２４に従来のコンパクトディスク（Ｃ
Ｄ）の再生専用の光学ピックアップの一例の構成図を示
す。この光学ピックアップ８１は、半導体レーザ８２、
回折格子８３、ビームスプリッタプレート８４、対物レ
ンズ８５及びフォトダイオードからなる受光素子８６を
備えて成り、半導体レーザ８２からのレーザ光Ｌがビー
ムスプリッタプレート８４で反射され、対物レンズ８５
で収束されて光ディスク９０に照射され、この光ディス
ク９０で反射された戻り光がビームスプリッタプレート
８４を透過して受光素子８６にて受光検出される。

【０００４】しかしながら、この様な光学ピックアップ
８１は、部品点数が多く、また非常に大型になるだけで
なく、その配置に高い精度が要求され、生産性の低いも
のであった。

【０００５】ところで、光学ピックアップ等の光学装置
におけるトラッキングサーボの方法としては、通常プッ
シュプル法や３ビーム法やヘテロダイン法等が用いられ
ている。

【０００６】このうち、従来から行われているプッシュ
プル法は、ディスク上において入射光の光スポットがト
ラックあるいはピットからずれたときに、ディスクによ
り生じる±１次回折光において強度差が生じ、これによ
り遠視野像が非対称となることから、例えば２個の検出
器によってこの非対称に応じた信号を取り出し、これら
信号を演算器によって演算することによって、光スポッ
トのずれを検出するものである（図２５参照）。

【０００７】図２５にプッシュプル法を用いるトラッキ
ングサーボの概略構成図を示す。図２５Ｂに示すよう
に、ディスク５２表面のピットによる凹凸に光が照射さ
れると、凹凸により光が回折されて、０次回折光（主ビ
ームＢ）及び±１次回折光（副ビームＢ′）に分割され
る。また図２５において、Ｓ₀，Ｓ₁はそれぞれ０次回
折光、±１次回折光の照射スポットを示す。Ｓ₀が円と
なるのは、対物レンズの開口によるものである。

【０００８】この場合には、図２５Ａに示すように、受
光部として２分割フォトダイオードＰＤ_R，ＰＤ_Lが配
置形成される。これらフォトダイオードＰＤ_R，ＰＤ_L
の受光した信号を、図示しないが差動増幅器等で、例え
ば（ＰＤ_L−ＰＤ_R）のように演算処理して、トラッキ
ング信号としてトラッキングエラー信号ＴＥを得ること
ができる。

【０００９】そして、トラックとビームがずれている時
には、スポットの中心が２分割フォトダイオードの分割
線からずれるため、ＴＥ＝（ＰＤ_L−ＰＤ_R）が０とな
らず、ずれた方向に応じて正又は負の値を示す。これに
より、トラックとのずれの方向や量を検出することがで
きる。

【００１０】プッシュプル法を用いるトラッキングサー
ボは、２分割フォトダイオードがあれば実現できるた
め、安価に構成することができるが、レンズのシフトに
対して、ディスクからの戻り光が受光面上で受光素子の
分割線に対して垂直にシフトし、信号に大きなオフセッ
トが生じる問題がある。

【００１１】ここで、図２６Ａに示すように、レンズ５
１が横方向にシフトすると、それに従ってフォトダイオ
ードＰＤ_L，ＰＤ_Rが受光する光のスポットも破線で示
すようにシフトし、トラッキングが合っていてもトラッ
キングエラー信号ＴＥ＝０とならなくなる。また、図２
６Ｂに示すように、レンズ５１がディスク５２に対して
傾いた場合でも、受光する光のスポットが破線で示すよ
うにシフトし、トラッキングが合っていてもトラッキン
グエラー信号ＴＥ＝０とならなくなる。

【００１２】従来のプッシュプル信号の場合に、上述の
ようにレンズのシフトがトラッキングエラー信号に与え
る影響を図２７に示す。尚、縦軸は相対値で表してい
る。ディスクは、グルーブのピッチが１．６０μｍ、グ
ルーブのデプス（深さ）が波長／８、デューティ（ｄｕ
ｔｙ：グルーブの比率）が６５％のディスクとして計算
を行った。また、波長は０．７８μｍとした。

【００１３】図２７より、従来のプッシュプル信号では
レンズのシフトによって、トラッキングエラー信号もそ
れに応じて全体がシフトしていた。

【００１４】また、プッシュプル法においては、再生用
レーザの波長をλ、ディスク５２の透明基板の屈折率を
ｎとするとき、ディスク５２のピットの深さがλ／４ｎ
である場合に、０次回折光と±１次回折光との干渉によ
り信号が０となるため、原理的にトラッキングエラー信
号の検出ができなくなる。従って、ピットの深さがλ／
４ｎである規格のディスク５２には用いることができな
い。例えば、ＤＶＤ（Dedital Versatile Disk）−ＲＯ
Ｍ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏはこのピットの深さがλ／４ｎ
近傍である規格であるため、プッシュプル法の適用はで
きない。

【００１５】また、３ビーム法では、回折格子により光
を分割して、主ビームとその両側に２本の副ビームを形
成し、図２８に３ビーム法におけるディスク面でのスポ
ット位置を示すように、主ビームによるスポットＳ₀、
その両側の副ビームによるスポットＳ₁，Ｓ₂をディス
ク５２のグルーブ又はピットに照射して、２つの副ビー
ムの反射光をそれぞれ検出して、差信号を取ることによ
り、プッシュプル法と同様のトラッキングサーボを行う
ものである。

【００１６】ここで、主ビームのスポットＳ₀がトラッ
ク中心からずれると、副ビームのスポットＳ₁，Ｓ₂に
よる反射光が対称でなくなり、差信号によるトラッキン
グエラー信号が０から変動する。このトラッキングエラ
ー信号の変動量は、主ビームのスポットＳ₀のトラック
中心からのずれ量に対応して変化することから、トラッ
キングサーボを行うことができる。尚、主ビームの反射
光は、ディスク記録信号の検出に用いる。

【００１７】この場合には上述のようなレンズシフトに
も対応することができるが、グレーティング等の回折格
子を通す必要があるため、部品点数が増えること、主ビ
ームの光量が減少することにより消費電力が増加するこ
と、調整が複雑であり、従って、製造コストもかかるこ
と等の欠点を有している。

【００１８】この他、特にピット深さがλ／４ｎである
規格のディスクのトラッキングサーボに有効な方法に
は、位相差検出法がある。位相差検出法は、２次元ピッ
トの回折スペクトルをＲＦ（高調波）信号をリファレン
スとして、ヘテロダイン検波する方法や、光検出器上で
検出された各信号をデジタル演算処理する方法により実
現されている。

【００１９】位相差検出法においては、例えば、図２９
に示すように、光軸を中心として、被照射部である光デ
ィスクの例えばピット列方向であるタンジェンシャル方
向Ｔ及びこの方向Ｔに垂直な方向に、縦横に４分割した
フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄを形
成し、遠視野領域に設置する。そして、この４分割フォ
トダイオードＰＤａ〜ＰＤｄで光ディスクからの戻り光
を検出する。図２９中、中央の円はレンズの瞳に対応し
０次回折光のスポットに相当する。その他周囲の８つの
円は１次回折光のスポットに相当する。また、中央の点
線部はディスクのピットＰに対応する像である。

【００２０】そして、この４分割フォトダイオードＰＤ
ａ〜ＰＤｄの構成に対して、例えば次のように信号処理
を行う。各フォトダイオードの検出信号の総和であるＲ
Ｆ信号（ＰＤａ＋ＰＤｂ＋ＰＤｃ＋ＰＤｄ）と各フォト
ダイオードの検出信号を演算した信号（例えばＰＤａ＋
ＰＤｃ−ＰＤｂ−ＰＤｄ）とを、位相を考慮しながらヘ
テロダイン検波する。このときの演算信号の内容を数１
に示す。

【００２１】

【数１】演算信号＝（ＰＤａ＋ＰＤｃ）−（ＰＤｂ＋ＰＤｄ）＝Ｃ sin（２πｖ_t／ｖ_p）sin （２πａωｔ／ｖ_p）ただし、ｖ_t：デトラック量ｖ_p：ピット列の周期ａ：読みとり位置の半径 ω：光ディスクの角速度Ｃ：定数

【００２２】ここで、数１のＣ sin（２πｖ_t／ｖ_p）
の部分は、ＲＦ信号（ＰＤａ＋ＰＤｂ＋ＰＤｃ＋ＰＤ
ｄ）がｃｏｓ（２πａωｔ／ｖ_p）であることを考慮す
ると、これをリファレンスとして演算信号をヘテロダイ
ン検波した場合に得られる信号となる。こうしてヘテロ
ダイン検波により得られた信号からデトラック量ｖ_tを
求めることができる。

【００２３】この場合には、レンズシフトによるトラッ
キングエラー信号のオフセットが生じにくく、またピッ
ト深さがλ／４ｎである規格のディスクに有効である。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】一方、前述の従来の光
学装置の欠点を改善するものとして、光学部品点数の削
減および光学的な配置設定に際してのアライメントの簡
単化を可能にし、装置全体の簡素化、小型化を図る目的
で、レンズなど収束手段の共焦点位置に発光部を配置
し、この発光部のある共焦点位置近傍に受光部を形成す
る、いわゆるＣＬＣ（コンフォーカル・レーザ・カプ
ラ）構成が考えられている。

【００２５】そして、本出願人は、前述のレンズシフト
やディスクの傾きに起因するトラッキングエラー信号の
オフセットをなくすために、上述の共焦点位置に受光部
を形成する分割フォトダイオードを配置し、これら分割
フォトダイオードによりプッシュプル法等を用いてトラ
ッキングサーボを行う光学装置を先に提案した（特願平
７−３５５２８号出願「光学装置」参照）。

【００２６】このような光学装置によれば、共焦点位置
近傍の受光部によるプッシュプル法（ＣＰＰ法）によっ
てトラッキングエラー信号の検出を行うことから、レン
ズのオフセットやディスクの反りに対しても安定したト
ラッキングエラー信号の検出ができ、組み立て時のアラ
イメントが大幅に簡素化される。また、発光部と受光部
とが同一基板上に形成されているため、部品点数の削減
が図れ、製造コストの低廉化や高信頼性化が実現でき
る。

【００２７】しかしながら、上述のＣＰＰ法では、共焦
点光学系特有の欠点を有している。特に、ジャストフォ
ーカスでなく、焦点深度内程度のごくわずかなフォーカ
スのずれが生じる場合に端的に現れる。

【００２８】図３０にその一例を示す。図３０は、デフ
ォーカスが生じた場合のＣＰＰ法によるトラッキングエ
ラー信号とデトラック量との関係を示す数値計算結果の
一例である。ディスクは図２７の計算で用いたものと同
じ形状のモデルとした。

【００２９】図３０より、±１μｍ以下の焦点深度内と
変わらない程度、あるいは焦点深度内でのデフォーカス
（通常、焦点深度内ではデフォーカスとは言わないが便
宜上こう呼ぶこととする）が生じる場合でも、ＣＰＰ法
によるトラッキングエラー検出では、誤差を生じること
がわかる。また、図３０中、曲線Ｇで示すデフォーカス
＝−０．５０μｍの場合のように、本来のトラッキング
エラー信号（曲線Ｅで示すデフォーカス＝０．００μｍ
の場合）とは周波数が異なる信号や、その他例えば倍の
周波数を有するトラッキングエラー信号になることがあ
る。また、曲線Ｈや曲線Ｉのように信号の正負が反転し
てしまうことがある。

【００３０】一方、光ディスクの光学系では、信号の記
録・再生にあたり、トラッキングの制御と共にフォーカ
スの制御も必要となる。通常、フォーカスの制御では、
スポットサイズ法・非点収差法・ナイフエッジ法等の方
法により、対物レンズの焦点深度以下の程度にデフォー
カス量を抑制している。しかし、デフォーカス量は、常
時０μｍにされるわけではなく、焦点深度内での微妙な
変動が絶えず生じており、従って、ＣＰＰ法によるトラ
ッキングエラーの検出を行う場合には、ピット深さにつ
いて検討する前に、デフォーカスの影響を考慮した補正
法、または検出法を採用する必要がある。

【００３１】そして、フォーカスエラー信号の検出及び
フォーカスサーボ方式としては、従来、非点収差法、フ
ーコー法、ナイフエッジ法等が代表的なものとして挙げ
られる。

【００３２】このうち非点収差法では、半導体レーザＬ
Ｄ、対物レンズ、コリメータレンズ、回折格子、ビーム
スプリッタプレート、フォトディテクタ等の各光学部品
を組み合わせ、所定位置へ精度良く配置、固定して構成
され、フォーカスエラー信号を得ることができる。しか
しながら、一般にこの方式では、トラッキングエラー信
号の生成との兼ね合いもあって、以下に挙げる問題点を
有する。１）非点収差を生じさせるために部品点数が多くなり、
各部品の組立や調整にかかる工程数が多くなること２）光学系が大型化すること３）生産工程が複雑化し、歩留まりが低くなること

【００３３】これらの問題点を改善したピックアップの
例として、ホログラム素子を用いた光学系によるフーコ
ー法が提案され、実用化されている。このような光学系
では、ホログラム素子により生じる±１次回折光（対物
レンズからの戻り光の±１次回折光）を用いて、フォー
カスエラー信号の検出を行うのが一般的である。

【００３４】図３１にこのようなホログラム素子を用い
た光学ピックアップを示す。図３１に示す光学ピックア
ップ１１０は、半導体レーザ１０１、フォトディテクタ
１０２、ホログラム素子１０３、対物レンズ１０４の各
光学部品から構成されている。この場合、半導体レーザ
１０１から出射した光は、ホログラム素子１０３を通過
し対物レンズ１０４で収束し被照射部であるディスク１
０５に照射され、ここで反射した戻り光が再び対物レン
ズ１０４で収束された後に、ホログラム素子１０３にお
いて回折し、その戻り光の±１次回折光を用いてフォー
カスサーボ信号の検出を行うものである。

【００３５】ここで、戻り光の±１次回折光は、±１次
の各光線（＋１次回折光および−１次回折光）に対して
異なるパワーを持たせ、各光線の焦点の位置をずらす必
要がある。しかしながら、±１次回折光び焦点位置をず
らすために、ホログラム素子１０３の回折パターンが複
雑化することから、量産性や歩留まりの低下等さらなる
問題点が生じていた。

【００３６】さらに、出射光がホログラム素子１０３を
通過することにより生じる回折光が利用されずに捨てら
れることになるため、以下の問題を生じることになる。４）光量の不足を補うために、半導体レーザの出力を増
やす必要がある。５）半導体レーザの出力の増大により、消費電力が増大
する。

【００３７】従って、前述のトラッキングエラー信号の
検出と整合性を保ちながら、これらの問題点を解決する
ことが必要になってきている。

【００３８】本発明はこのような点を考慮してなされた
もので、光学ピックアップなどの光学装置において、そ
の光学部品点数の削減および光学的な配置設定に際して
のアライメントの簡単化を可能にし、装置全体の簡素
化、小型化を図ると共に、様々なピット深さの光学記録
媒体に対してトラッキングエラー信号及びフォーカスエ
ラー信号が安定して得られ、半導体プロセスによる製造
が容易にできるようにするものである。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明の光学装置は、発
光部と、光検出素子から成る受光部と、発光部からの出
射光を被照射部に収束照射し更に被照射部から反射され
た戻り光を収束させる収束手段とを有し、戻り光の収束
手段による焦点位置近傍に戻り光の光軸に対して対称と
なるように互い違いに形成されたマスク手段が形成さ
れ、このマスク手段を経た戻り光を光検出素子で受光し
て、トラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号
を検出するものである。

【００４０】上述の本発明の構成によれば、戻り光の光
軸に対して対称となるように互い違いに形成されたマス
ク手段を経た戻り光を受光検出することにより、収束手
段のシフト等に対しても安定したトラッキングエラー信
号やフォーカスエラー信号等の信号を得ることができ
る。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明は、発光部と、光検出素子
から成る受光部と、発光部からの出射光を被照射部に収
束照射し更に被照射部から反射された戻り光を収束させ
る収束手段とを有し、戻り光の収束手段による焦点位置
近傍に戻り光の光軸に対して対称となるように互い違い
に形成されたマスク手段が形成され、マスク手段を経た
戻り光を光検出素子で受光して、トラッキングエラー信
号及びフォーカスエラー信号を検出する構成とする。

【００４２】また本発明は、上記光学装置において、発
光部が半導体レーザとこの半導体レーザからの出射光を
反射させる反射面が同一半導体基体に形成された半導体
部から構成され、受光部が半導体基体に形成され、半導
体基体に収束手段の共焦点が設定され、この共焦点近傍
にマスク手段が配置された構成とする。

【００４３】図１に光学装置の斜視図を示す。図１に示
すように、この光学装置１０は、被照射部が例えば記録
ピットを有する光ディスク２で、この光ディスク２に対
してレーザ光を照射して記録の読み出しがなされる光学
ピックアップに適用した場合である。また、図２Ａは光
学装置の拡大斜視図、図３Ａは光学装置の要部の断面
図、図３Ｂは平面図をそれぞれ示す。

【００４４】この光学装置１０は、図１に示すように、
半導体レーザＬＤが形成された光半導体素子７と、この
光半導体素子７上に配置されたガラスプリズム６と、半
導体レーザＬＤの出射光Ｌ_Fを被照射部である光ディス
ク２に収束照射させる収束手段として対物レンズ３を有
して構成されている。

【００４５】また、対物レンズ３は、出射光Ｌ_Fが光デ
ィスク２で反射された戻り光Ｌ_Rを光半導体素子７に収
束照射させるように構成されている。即ち、この光学装
置１０は、レンズなど収束手段の共焦点位置に発光部を
配置し、この発光部のある共焦点位置近傍に被照射部か
ら反射した戻り光を収束照射させるいわゆるＣＬＣ（コ
ンフォーカル・レーザ・カプラ）構成とされている。

【００４６】このとき、戻り光Ｌ_Rは、対物レンズ３に
より光回折限界（即ちレンズの回折限界）近傍まで収束
されるものであり、この光回折限界は、半導体レーザＬ
Ｄからの出射光Ｌ_Fの波長をλ、対物レンズ３の開口数
をＮ．Ａ．とするとき、１．２２λ／Ｎ．Ａ．となる。

【００４７】光半導体素子７は、図２に示すように、半
導体基板１上に、発光部として基板面に沿う方向でかつ
例えば光ディスク２のタンジェンシャル方向に平行な共
振器長方向を有する半導体レーザＬＤ、及びこの半導体
レーザＬＤの一方の出射端面に対向する斜面として設け
られ半導体レーザＬＤからの出射光Ｌ_Fを反射する反射
面Ｍ１が形成され、受光部として２つのフォトダイオー
ドＰＤ１，ＰＤ２からなる光検出素子が形成されて成
る。

【００４８】また、光半導体素子７上面の反射面Ｍ１を
挟んだ前後の領域には、ＡＲ（無反射）コート面４とＨ
Ｒ（高反射）コート面５とが、図３Ｂに平面図を示すよ
うに、出射光Ｌ_Fの光軸に対称になるように互い違いに
形成されている。これらＡＲコート面４とＨＲコート面
５とは、後述するように戻り光Ｌ_Rに対して透過型のナ
イフエッジマスクと同様の作用を生じるマスク手段とな
るものである。

【００４９】ここで、例えば半導体レーザＬＤの波長を
７８０ｎｍとする場合には、半導体基板１をＧａＡｓに
より構成する。そして、反射面Ｍ１を｛１１１｝結晶面
により形成すれば、基板面に対して５４．７°の角度の
反射面となる。

【００５０】この光半導体素子７は、ウエハ上に複数の
光半導体素子７を同時に形成するいわゆるウエハバッチ
プロセスにより、一連の半導体製造工程で製造すること
ができる。即ち例えば、半導体レーザＬＤと反射面Ｍ１
とフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２とマスク手段４，５
が形成された光半導体素子７をモノリシックに作製した
上で、別途ウエハ状、バー状にて作製されたガラスプリ
ズム６を接合し、さらに裏面電極の形成、ｖｉａホール
形成等の既存の技術を組み合わせることで、半導体プロ
セスに準じた方法で作製することが可能である。

【００５１】そして、光半導体素子７を半導体製造工程
で形成することにより、調整が簡素で、かつ経時変化の
少ない、共焦点光学系の利点を生かした例えば光学ピッ
クアップ等の光学装置１０を構成することができる。ま
た、反射面Ｍ１の形成は、プレーナー状態で形成するこ
とが可能なため、容易に形成することができる。

【００５２】また、ガラスプリズム６は、その出射光Ｌ
_Fが通過する部分が出射光Ｌ_Fの光軸に垂直な斜面６Ａ
とされ、上面にＨＲコートされた反射面Ｍ２が形成され
ている。

【００５３】そして、この光学装置１０において、反射
面Ｍ１により反射された出射光Ｌ_Fは、対物レンズ３に
より光ディスク２に収束照射され、この出射光Ｌ_Fが光
ディスク２で反射された戻り光Ｌ_Rが対物レンズ３によ
って再び収束され、ガラスプリズム６の斜面６Ａを通っ
て光半導体素子７に向かう。

【００５４】さらに、図２及び図３Ａに示すように、戻
り光Ｌ_Rは光半導体素子７の反射面Ｍ１の周囲に焦点
（共焦点）を結び、この共焦点近傍に形成されたマスク
手段となるＡＲコート面４及びＨＲコート面５において
反射される。このとき、反射された光は、透過型のナイ
フエッジマスクと同様のマスク作用を受けて一部の光が
妨げられた反射光Ｌ１となる。

【００５５】この反射光Ｌ１は、さらにガラスプリズム
６の上面の反射面Ｍ２で反射され、光半導体素子７の上
面に形成された２つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２
の方向に向かう。

【００５６】尚、これら２つのフォトダイオードＰＤ
１，ＰＤ２は、反射光Ｌ１の光軸を囲むようにそれぞれ
ディスクのタンジェンシャル方向Ｔに配置され、またそ
の長手方向がディスクのラジアル方向Ｒと一致してい
る。

【００５７】そして、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２
に反射光Ｌ１が照射されることにより、これらフォトダ
イオードＰＤ１，ＰＤ２から得られる信号に対して後述
するように演算を行って、トラッキングエラー信号及び
ＲＦ（高調波）信号等の各種信号がそれぞれ生成され
る。

【００５８】尚、戻り光Ｌ_Rに対するマスク手段を構成
するＡＲコート面４及びＨＲコート面５は、同様のマス
ク効果が得られるならば、他の手法を用いても良い。

【００５９】この光学装置１０におけるトラッキングエ
ラー信号の生成は、トラッキングエラー信号をＳＴＥ、
フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の受光量をそれぞれＩ
ＰＤ１，ＩＰＤ２として、以下の数２により実現され
る。

【００６０】

【数２】ピット深さがλ／４ｎでないとき、ＳＴＥ＝（ＩＰＤ１−ＩＰＤ２）ピット深さがλ／４ｎのとき、ＳＴＥ＝（ＩＰＤ１＋ＩＰＤ２）※ｅｄｇｅ１−（ＩＰ
Ｄ１＋ＩＰＤ２）※ｅｄｇｅ２

【００６１】尚、数２の※ｅｄｇｅ１及び※ｅｄｇｅ２
は、それぞれ立ち上がり及び立ち下がりのピットエッジ
での検出を示す。ここで、図６を用いてピットエッジに
おける検出について説明する。図６Ａは立ち上がりのピ
ットエッジpit edge( １) 、図６Ｂは立ち下がりのピッ
トエッジpit edge( ２) における検出位置をそれぞれ示
す。図中上下の矢印は記録媒体の移動方向、水平の矢印
は検出方向を示す。ビームスポットＳが移動することに
より、各ピットエッジpit edge( １) ，pit edge( ２)
における検出を行うことができる。

【００６２】上記の数２の演算を行うことにより、後述
するようにトラッキングエラー信号ＳＴＥはラジアル方
向Ｒのレンズシフトに対して十分なマージンを有する。
そして、先に提案したＣＫＥデバイス、即ち共焦点位置
にナイフエッジマスクとなる例えば三角錐形状の反射面
を有する半導体構造等を形成した光学装置の特長を合わ
せ持つ。

【００６３】またトラッキングエラー信号は、いずれの
ピット深さのディスクにも対応して検出することができ
るため、同様の光学系を半導体レーザＬＤに赤色材料を
用いた光学装置に適用すれば、例えばＤＶＤ−ＲＯＭ及
びＤＶＤ−ＲＡＭ共通の光学ピックアップ装置として用
いることができる。

【００６４】尚、ＲＦ信号は２つのフォトダイオードＰ
Ｄ１，ＰＤ２の和信号により検出することができる。ま
た、フォーカスエラー信号は、例えば戻り光Ｌ_Rを途中
で分離して受光検出することにより、公知の検出方法を
用いて検出することができる。

【００６５】光学装置のその他の構成として、ガラスプ
リズム６のレーザ光Ｌ_F，Ｌ_Rが通過する斜面６Ａにホ
ログラム素子を形成した構成も採ることができる。これ
により、例えばトラッキングエラー信号のプレイヤビリ
ティ対策として有用な３ビーム法を容易に適用して、フ
ォトダイオードの検出信号によるトラッキングエラー信
号と併用して、ディスクの傷等に強いトラッキングエラ
ー信号を得ることができる。また、この構成では、例え
ばＣＤとＤＶＤを１つの装置で記録又は再生を行う光学
ピックアップ装置等に用いられる２焦点光学ヘッドのホ
ログラムパターン形成も特に問題なく行える等の利点を
有する。

【００６６】次に、本発明の光学装置の有効性を具体的
に示すために、図１に示した光学装置１０のマスク手段
４，５を経た反射光Ｌ１のビームスポットの状態につい
て、モデルを用いて具体的に計算を行った。計算に用い
たモデルを図４及び図５に示す。

【００６７】図４Ａに示すように、光ディスク２のピッ
トＰからの戻り光Ｌ_Rを、対物レンズ３で収束し、その
戻り光Ｌ_Rの共焦点位置にナイフエッジマスクＫＥを配
置し、ナイフエッジマスクＫＥで切り取られた戻り光Ｌ
_R（反射光Ｌ１）を光検出器ＰＤで検出する構成の透過
型のモデルを用いた。また、図４Ｂは図４Ａの要部を拡
大した図であり、回折限界まで収束された戻り光Ｌ
_Rが、ナイフエッジマスクＫＥで切り取られる状態を示
す。

【００６８】また、図５に示したモデルは、透過型簡易
モデルであり、図４Ａに示した透過型のモデルのナイフ
エッジマスクＫＥを分割して、左奥の領域が開口したナ
イフエッジマスクＫＥ１と右手前の領域が開口したナイ
フエッジマスクＫＥ２として、それぞれナイフエッジマ
スクＫＥ１，ＫＥ２を透過した戻り光Ｌ_Rをフォトダイ
オードＰＤで受光するようにしたモデルである。

【００６９】尚、以下の計算結果において、フォトダイ
オードＰＤは、戻り光の光軸を通る分割線（破線）と光
軸を中心とした図中横方向の２本の仮想分割線（実線）
とを設けた仮想フォトダイオードとして表現する。そし
て、以下ナイフエッジマスクＫＥ１のモデルを（＋，
＋）と表現し、ナイフエッジマスクＫＥ２のモデルを
（−，−）と表現する。

【００７０】尚、これらのモデルは、図１の光学装置１
０と比較して光学系を若干簡略化しているが、本質的な
問題はない。

【００７１】そして、計算に用いた各パラメータは、主
にコンパクトディスク（ＣＤ）に準じたものを用い、以
下に示す数値を使用した。半導体レーザＬＤの発振波長：７８０ｎｍ対物レンズの開口数ＮＡ：０．４５対物レンズの焦点距離：ディスク側５．０ｍｍレーザ側２５．０ｍｍラジアル方向のグルーブ・ピット間隔：１．６０μｍタンジェンシャル方向のグルーブ・ピット間隔：３．２０μｍピット長さ：２．０８μｍ（〜７Ｔ又はグルーブ）線速度：１．２５ｍ／秒半導体レーザＬＤの発散角：ｐｎ接合と垂直な方向２４．０° ｐｎ接合と平行な方向１２．０° ナイフエッジマスクのオフセット：ラジアル方向０．０μｍ（ＡＲコート面４）タンジェンシャル方向２．０μｍ反射光Ｌ１の伝搬距離：１００μｍ（ＡＲコート面４からフォトダイオードＰＤまで）

【００７２】上述の干渉パターンの計算結果を、上述の
ように仮想分割線を記した仮想フォトダイオードＰＤに
対応させて図７Ａ〜図７Ｃに示す。尚、図７Ａ〜図７Ｃ
において、上部の矢印はラジアル方向Ｒのレンズシフト
の方向を示す。

【００７３】図７Ａは、焦点深度内程度のフォーカスの
ずれ（以下デフォーカス）の状態とデトラックの状態に
対するパターンの変化を示している。図中縦方向がデフ
ォーカスをそれぞれ−方向、オンフォーカス（０）、＋
方向としており、横方向デトラックをそれぞれ−方向、
オントラック（０）、＋方向としている。即ち、９つの
図のうち、中央の図がオンフォーカスかつオントラック
のときのパターンを示す。

【００７４】図７Ａより、オントラックのときには受光
量がＰＤ１＝ＰＤ２であり、デトラックが−方向のとき
はＰＤ１＜ＰＤ２であり、デトラックが＋方向のときは
ＰＤ１＞ＰＤ２である。従って、数１に示したように
（ＰＤ１−ＰＤ２）とすれば、デトラックの符号に合っ
たトラッキングエラー信号ＳＴＥが得られることがわか
る。

【００７５】また、デフォーカスが−方向のときはＰＤ
１とＰＤ２の光量の差が小さく、＋方向のときはＰＤ１
とＰＤ２の光量の差が大きい。従って、デフォーカスの
符号によりトラッキングエラー信号ＳＴＥの傾きが左右
され、デフォーカスが＋方向になるほどトラッキングエ
ラー信号ＳＴＥの傾きが大きくなることがわかる。

【００７６】そして、図７Ａにおいて、干渉パターンの
反転等の不具合は生じていないので、図４Ａに示した互
い違いのナイフエッジマスクＫＥにより、比較的良好な
トラキングエラー信号ＳＴＥが得られることが期待でき
る。

【００７７】また図７Ｂは、上述の数２の演算を用いた
トラッキングエラー信号の検出方法における信号の成り
立ちをより詳しく見るために、図５に示した共焦点位置
に設置されたナイフエッジマスクが片側だけ存在する場
合即ちモデル（＋，＋）或いはモデル（−，−）を用い
たときの各干渉パターンを示すものである。また図７Ｃ
は、図４に示した互い違いのナイフエッジマスクＫＥを
用いた場合に、ディスクのグルーブによる各回折光（０
次及び±１次光）の仮想フォトダイオードＰＤ上でのラ
ンディング位置を計算した結果を示す。

【００７８】図７Ｂでは、上の３つの図がモデル（−，
−）のときを示し、下の３つの図がモデル（＋，＋）の
ときを示す。また、中央の図がオントラックのときを示
し、右の図が＋方向のデトラックのとき、左の図が−方
向のデトラックのときをそれぞれ示す。

【００７９】図７Ｂより、デトラックの方向が＋方向の
場合は、モデル（−，−）のナイフエッジマスクＫＥ２
による回折成分による干渉パターンを主たる信号とし、
モデル（＋，＋）のナイフエッジマスクＫＥ１による強
い方の干渉成分は、ＰＤ１とＰＤ２との間のＰＤ３に現
れるため、演算上寄与しないため捨てられる。この場合
の仮想フォトダイオード上の干渉は、図中左半分が明る
いため、図７Ｃより主に０次回折光と＋１次回折光の成
分に支配されることがわかる。

【００８０】一方、デトラックの方向が−方向の場合
は、モデル（＋，＋）のナイフエッジマスクＫＥ１によ
る回折成分による干渉パターンを主たる信号とし、モデ
ル（−，−）のナイフエッジマスクＫＥ２による強い方
の干渉成分は、上記と同様に信号には寄与しない。この
場合の仮想フォトダイオード上の干渉は、図中右半分が
明るいため、図７Ｃより主に０次回折光と−１次回折光
の成分に支配されることがわかる。

【００８１】図７Ｂより、デトラックが＋方向及び−方
向の場合において、それぞれ主成分とは反対方向の成分
が不要な信号として残存しているが、前述の共焦点プッ
シュプル法（ＣＰＰ法）とは異なり、残存するのは弱い
信号成分だけであるため、相対的に充分小さなものとし
て観測される。これは、オンフォーカス時でも残る倍周
期成分の項が相対的に小さくなることを意味し、これに
より良好なトラッキングエラー信号が得られる。

【００８２】また、図７Ａよりわかるように、ラジアル
方向Ｒと、仮想フォトダイオードの分割パターン及び干
渉パターンとの関係から、ラジアル方向Ｒのレンズシフ
トが生じた場合でも、そのレンズシフトにトラッキング
エラー信号（ＰＤ１−ＰＤ２）が原理的に影響されな
い。

【００８３】従って、例えば前述のＣＫＥデバイスでは
三角錐の２面でスプリットした２つの光束とレンズシフ
トの方向を考慮する必要があるが、上述の光学装置１０
では１つの光束（反射光Ｌ１）だけを考えればよいの
で、より簡素なフォトダイオードの分割線でＣＫＥデバ
イスと同等の効果が得られる。

【００８４】以上は図４及び図５に示した透過型のモデ
ルについて演算を行ったが、反射型のマスク手段４，５
から成る図１の光学装置１０においても、同様の考えを
適用することができる。

【００８５】尚、これらの結果とは別に、数２で示した
計算手法を用い、分割フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ
２，ＰＤ３の位置関係をタンジェンシャル方向Ｔに隣接
するように設置すれば、互い違いのナイフエッジマスク
ＫＥでなくても上記計算結果の一部として示したよう
な、片側のみのナイフエッジマスクＫＥ１或いはＫＥ２
を使用しても同様の効果、即ちラジアル方向Ｒのレンズ
シフトによりトラッキングエラー信号が影響されない効
果があると期待される。実際には、後述するようにデフ
ォーカスの影響をキャンセルするために、互い違いのナ
イフエッジマスクＫＥを必要とする。

【００８６】ここで、図８にラジアル方向のレンズシフ
ト特性、デューティ依存、フォーカス依存の各特性を考
慮したトラッキングエラー信号の計算結果を示す。図８
ＡはレンズシフトＬＳによるトラッキングエラー信号の
変化を示し、図８Ｂはディスクピットのデューティ（ｄ
ｕｔｙ）が５０％のときのデフォーカスによるトラッキ
ングエラー信号の変化を示し、図８Ｃはディスクピット
のデューティが６５％のときのデフォーカスによるトラ
ッキングエラー信号の変化を示す。

【００８７】図８Ａ〜図８Ｃより、いずれも良好なトラ
ッキングエラー信号が得られている。特に、ラジアル方
向のレンズシフトがあってもトラッキングエラー信号が
ほとんど変化しない。フォーカスに関しては、フォーカ
スズレに対するトラッキングエラー信号の傾きの変動が
やや大きいが、（１）実際にフォーカスサーボが動作している場合にお
いては、±０．１μｍ程度しかフォーカス方向に振れな
いこと（２）トラッキングエラー信号の特性がデフォーカスの
方向により変化していないため、トラッキングサーボが
外れても負帰還の方向が一定であり、再びトラッキング
サーボをかける際に問題がないこと等の理由から特に大きな問題とはならない。

【００８８】次に、共焦点位置に配設されるマスク手段
のパターンが、互い違いに形成されねばならないことに
ついて説明する。結論を先に述べると、これはトラッキ
ングエラー信号に対するデフォーカスの影響をキャンセ
ルするための処置である。

【００８９】片側のみのナイフエッジマスクＫＥ１或い
はＫＥ２が共焦点位置に配設される場合の干渉パターン
の計算例は、先の図７Ｂに示した通りであるが、一見す
るとこの片側のみのナイフエッジマスクＫＥ１或いはＫ
Ｅ２によって、トラッキングエラー信号をラジアル方向
Ｒのレンズシフトにより影響されることなく、安定して
検出することが可能なように見える。

【００９０】しかしながら、片側のみのナイフエッジマ
スクＫＥ１或いはＫＥ２を用いた場合には、後述する図
１８に示すようにデフォーカスによっても干渉パターン
の変動が現れ、しかも図７Ｂに示したデトラックによる
干渉パターンの変動と重複するように変動する。従っ
て、片側のみのナイフエッジマスクＫＥ１或いはＫＥ２
により検出される干渉パターンでは、デフォーカスによ
るパターン変化なのか或いはデトラックによるパターン
変化なのかを、判別できないこととなる。

【００９１】これに対して、ナイフエッジマスクを互い
違いに共焦点位置近傍に配置した場合では、デフォーカ
スが生じた場合でも分割フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ
２上での干渉パターンの軸対称性が常に維持される。こ
れにより、トラッキングエラー信号の検出が数２に示し
たトラッキングエラー信号検出法に準ずる場合には、＋
側或いは−側のいずれのデフォーカスの状態において
も、各フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２に対して、それ
ぞれ同等のオフセットは与えるが差分のあるオフセット
をもって影響を与えることはなく、結果としてデフォー
カスの影響を受けない安定なトラッキングエラー信号の
検出が可能となる。このことは後述するピットエッジ検
出の場合にも当てはまる。

【００９２】従って、共焦点位置近傍に配置するナイフ
エッジマスクは、互い違いに形成することが不可欠とな
る。

【００９３】次に、ピット深さがλ／４ｎの場合におけ
る信号の状態とトラッキングエラー信号の検出について
説明する。ピット深さがλ／４ｎの場合には、一般には
前述の位相差検出法が用いられるが、図１に示した構成
の光学装置１０において位相差検出法を実現するには注
意が必要である。それは、共焦点位置近傍にナイフエッ
ジマスクを有することから、このナイフエッジマスクに
よる回折の影響によって、従来の位相差検出法はそのま
までは実現できないことに起因する。

【００９４】これに対して、例えば前述のＣＫＥデバイ
スを用いた位相差検出法では、従来の位相差検出法とよ
く似た別の演算方法を用いることによって、ほぼ同一の
効果を得ることができる。このＣＫＥデバイスの場合
は、共焦点位置にある三角錐状の半導体構造が半導体レ
ーザのストライプに関して対称で、かつミラー効果によ
るパターンの反転を考慮して、結果として従来の位相差
検出法とほぼ同等の演算方法を導出することができた。
また、ＣＫＥデバイスでは、ナイフエッジマスクとなる
複数の反射面でそれぞれ得られるパターン変動の効果に
より、４分割された仮想フォトダイオード上におけるデ
トラックに対するパターンの反転がたすき掛けの関係と
なる。

【００９５】これに対して、図１に示した構成の光学装
置１０では、ナイフエッジ作用を生じるマスク手段４，
５が半導体レーザＬＤのストライプに対して対称ではな
く、仮想発光点即ち立ち上げられた出射光Ｌ_Fの光軸に
対して対称であり、またミラー効果によるパターンの反
転もない。

【００９６】また、図４及び図５に示した透過型のモデ
ルにおいて、立ち上がりのピットエッジ検出の場合の干
渉パターンの計算結果を図９に示す。図９では、左の列
が図４に示した互い違いのナイフエッジマスクＫＥによ
り得られる干渉パターン、中央及び右がそれぞれ図５に
示したモデル（＋，＋）及びモデル（−，−）により得
られる干渉パターンを示す。

【００９７】図９に示すように、デトラックの方向によ
らず同一の対角フォトダイオード上（左上と右下の分割
フォトダイオード上）でしか信号が検出されない。従っ
て、４分割してもデトラックに対応した演算を行うこと
ができず、仮想フォトダイオードの４分割が全く意味を
なさない状態となる。

【００９８】ここで、ピットエッジ検出による位相差検
出法においては、（０，−１）及び（０，＋１）の２つ
の回折光が主たる位相の回転方向を決めていることか
ら、これらが重ならないことが非常に重要である。

【００９９】また、図４及び図５に示した透過型のモデ
ルにおいて、立ち上がりのピットエッジで検出を行った
場合における各回折光の仮想フォトダイオード上でのラ
ンディング位置の関係の計算結果を図１０に示す。図１
０に示すように、上述の２つの回折光（０，−１）及び
（０，＋１）がほぼ重なって分布しており、この結果が
上述のデトラックに対する干渉パターンの変化を生んで
いると言える。

【０１００】そして、上述した問題は、片側のピットエ
ッジにおける検出だけではデトラックの符号を検出する
際に必要な情報が充分でないことを意味する。

【０１０１】図９に示した干渉パターンと同様の計算
を、立ち下がりのピットエッジで検出を行った場合につ
いて行った結果を図１１に示す。この場合も、図９と同
様に、デトラックの符号によらず同一対角フォトダイオ
ード上に信号がある。

【０１０２】従って、ピットエッジの立ち上がり、及び
立ち下がりの両方で検出することによって上述の問題を
回避する必要がある。

【０１０３】尚、ピットエッジの立ち上がり、立ち下が
りでそれぞれ検出する場合、即ち前述の図６Ａ及び図６
Ｂの内の一方の状態で検出する場合には、タンジェンシ
ャル方向Ｔの位相が反転する。これは上述の（０，−
１）及び（０，＋１）の重なりの問題に準じ、ピットの
立ち上がり、立ち下がりのうち一方を選択することがそ
れに当てはまる。

【０１０４】さらに、図９及び図１１のそれぞれ左の列
に示した、図４の透過型モデルにおける干渉パターンの
デトラックの方向による変化を、まとめて図１２に示
す。共焦点位置のマスク手段の対称性を考慮すると（図
４のモデルでは対称、図１の実際の光学装置１０ではや
や非対称である）、図１２より仮想フォトダイオード上
で検出される干渉パターンのデトラックの方向による変
化が、ピットエッジの立ち上がりの検出と立ち下がりの
検出とでちょうど反転した挙動を示すことがわかる。

【０１０５】そして、それぞれのピットエッジでの検出
光量の符号は、デトラックの符号によらず＋であるた
め、ピットエッジの立ち上がり、及び立ち下がりでの各
検出信号の差から、トラッキングエラー信号を生成する
ことができる。

【０１０６】ここで、ピット深さがλ／４ｎの場合につ
いて、ラジアル方向のレンズシフト特性、デューティ依
存、フォーカス依存の各特性を考慮したトラッキングエ
ラー信号の特性の計算結果を図１３Ａ〜図１３Ｃに示
す。図１３Ａはラジアル方向ＲのレンズシフトＬＳによ
るトラッキングエラー信号の変化を示し、図１３Ｂはデ
ィスクピットのデューティが５０％のときのデフォーカ
スによるトラッキングエラー信号の変化を示し、図１３
Ｃはディスクピットのデューティが６５％のときのデフ
ォーカスによるトラッキングエラー信号の変化を示す。

【０１０７】図１３Ａより、ラジアル方向Ｒのレンズシ
フトＬＳがあってもトラッキングエラー信号がほとんど
変化しないことがわかる。また、図１３Ｂ及び図１３Ｃ
より、デフォーカスによって（図３１に示したように）
トラッキングエラー信号が反転しない。

【０１０８】即ち、いずれも良好な結果が得られてお
り、ピット深さがλ／４ｎの場合の検出方法として期待
できる。

【０１０９】尚、上述の計算によるシュミレーションで
は、ナイフエッジを経た戻り光Ｌ_R（図１では反射光Ｌ
１）の伝搬距離を１００μｍとしているが、遠視野とし
て充分な距離例えば５００μｍ程度或いはそれ以上伝搬
させたい場合においても、上述した同様の演算を行うこ
とにより各ピット深さに対応してトラッキングエラー信
号を得ることができる。

【０１１０】図１４及び図１５に共焦点位置からの伝搬
距離が５００μｍの場合の仮想フォトダイオード上での
デトラックに対する干渉パターンを示す。図１４はピッ
トの深さがλ／４ｎでない場合、図１５はピットの深さ
がλ／４ｎである場合の干渉パターンをそれぞれ示す。
図１４及び図１５より、ピット深さがλ／４ｎの場合
も、そうでない場合も、数２に示した演算式によりトラ
ッキングエラー信号が得られることがわかる。

【０１１１】伝搬距離は、上述の光学装置１０におい
て、例えばガラスプリズム６の厚さや反射面Ｍ１の角度
を変更することにより変化する。特にガラスプリズム６
を厚く形成する場合には、伝搬距離が長くなり遠視野と
なることを考慮する必要が生じる。

【０１１２】上述の光学装置１０では、共焦点位置近傍
に戻り光Ｌ_Rの光軸に対称な互い違いのマスク手段４，
５が形成されていることにより、例えば数２に示した演
算を行って、光ディスク２のピット深さがλ／４ｎでな
くとも、ピット深さがλ／４ｎであっても、共に良好な
トラッキングエラー信号を得ることができる。即ち１つ
の光学装置１０により、様々なピット深さの光ディスク
２に対応して信号検出を行うことができる。また、レン
ズシフトやデフォーカスの影響に強いトラッキングエラ
ー信号を得ることができる。

【０１１３】さらに、同一の半導体基体１上に、半導体
レーザＬＤとマスク手段４，５と光検出素子ＰＤ１，Ｐ
Ｄ２とを形成したことにより、光学装置１０を部品点数
を少なく簡潔に小型に構成することができる。

【０１１４】また、光半導体素子７は２次元プロセスで
形成することができ、タンジェンシャル方向Ｔの精度条
件が前述のＣＫＥデバイス等の３次元構造より緩和され
るので、製造が容易になる利点を有する。

【０１１５】上述の光学装置１０では、光半導体素子７
とガラスプリズム６を用いて光学装置１０を構成した
が、図４に準ずるモデルで記述できる光学系、即ち戻り
光の共焦点位置近傍に光軸に対称な互い違いのマスク手
段を設けた光学系であれば、その他の素子で形成した場
合も同様の効果が得られる。

【０１１６】さらに、戻り光が光半導体素子７に焦点を
結ぶ共焦点光学系以外に、共焦点光学系を採用しない一
般的な光学系、例えば従来提案されているように発光部
と受光部が個別の素子として用意され、それらを組み合
わせて構成された光学装置においても、戻り光が出射光
と分離された後、戻り光が収束限界にある焦点付近の位
置に、マスク手段として光軸に対して対称な互い違いの
マスク手段を配置することにより、上述の数２に示した
演算を適用してトラッキングエラー信号を生成すること
ができる。

【０１１７】上述の光学装置１０では、フォトダイオー
ドＰＤ１，ＰＤ２によりトラッキングエラー信号を検出
し、フォーカスエラー信号は別に検出する構成であった
が、光半導体素子７の上面に形成したフォトダイオード
によりフォーカスエラー信号も検出することもできる。
その場合を本発明の実施の形態として次に示す。

【０１１８】図１６及び図１７に本発明に係る光学装置
の実施の形態を示す。図１６は光学装置の要部の斜視
図、図１７Ａは光学装置の要部の断面図、図１７Ｂは光
学装置の要部の平面図をそれぞれ示す。

【０１１９】この光学装置２０は、図１に示した光学装
置１０の構成に対して、さらにフォトダイオードＰＤ
１，ＰＤ２の間、即ち戻り光Ｌ_Rがマスク手段４，５と
第３の反射面Ｍ２により反射された反射光Ｌ１の光軸付
近に、フォトダイオードＰＤ３が配置され、３つのフォ
トダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３において信号を検
出するものである。その他の構成は図１に示した光学装
置１０と同じであるため、同一符号を付して重複説明を
省略する。

【０１２０】即ち、この光学装置２０においては、反射
光Ｌ１が３つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ
３にて受光される。

【０１２１】尚、この光学装置２０においても、前述の
光学装置１０と同様に、トラッキングエラー信号ＴＥ
は、前述の数２により得ることができる。従って、この
光学装置２０でも、前述のの光学装置１０と同様に、ピ
ット深さがλ／４ｎである規格のディスクに対して、充
分なトラッキングエラー信号を検出することができる。
また、レンズシフトやデフォーカスの影響に強いトラッ
キングエラー信号ＴＥを得ることができる。

【０１２２】そして、この光学装置２０においては、特
にフォーカスエラー信号ＳＦＥは、例えば次の数３によ
り外側のフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の信号と、内
側のフォトダイオードＰＤ３の信号とを演算して得るこ
とができる。

【０１２３】

【数３】ＳＦＥ＝（ＩＰＤ１＋ＩＰＤ２）−ＩＰＤ３

【０１２４】ここで、この図１６及び図１７に示した実
施の形態の光学装置２０について、フォーカスエラー信
号が数３により得られることを説明する。

【０１２５】図１８に図４及び図５に示した透過型モデ
ルについて、デフォーカス時の仮想フォトダイオード上
の干渉パターンの変化を計算した結果を示す。図１８で
は、左の図及び中央の図が図５に示した共焦点位置に設
置されたナイフエッジマスクが片側だけ存在するモデル
（＋，＋）及びモデル（−，−）による干渉パターンを
示し、最も右の図が図４に示した互い違いのナイフエッ
ジマスクＫＥによる干渉パターンを示す。

【０１２６】図１８の左の列及び中央の列の２つの列よ
り、それぞれのナイフエッジ効果によるパターンの変化
は、いずれもデフォーカスが−方向の場合は内側が明る
くなり、＋方向の場合は外側が明るくなることから、デ
フォーカスの方向に対し同一方向の性質を有する。これ
により、これらを合わせ持つ互い違いのナイフエッジマ
スクＫＥの場合も、右の列に示すようにデフォーカスが
−方向の場合は内側が明るくなり、＋方向の場合は外側
が明るくなる。

【０１２７】従って、仮想フォトダイオードの内側と外
側との信号を比較すること、即ち（ＰＤ１＋ＰＤ２）の
信号とＰＤ３の信号とを比較することにより、フォーカ
スエラー信号の検出が可能となることが分かる。

【０１２８】また、図４に示した透過型モデルでは、ナ
イフエッジマスクＫＥが光軸に対称となっていることに
より、ラジアル方向Ｒ及びタンジェンシャル方向Ｔのレ
ンズシフトがあっても、フォーカスエラー信号には原理
的に影響を及ぼさないことは自明である。これに対し
て、図１６及び図１７に示した構成の光学装置２０で
は、反射面Ｍ１がマスク手段に対して斜めに形成されて
いてタンジェンシャル方向Ｔが若干非対称となるため、
もしタンジェンシャル方向Ｔのレンズシフトがあるとす
ると、ある程度しか除去されない。しかしながら、実際
にはタンジェンシャル方向Ｔのレンズシフトはほとんど
生じないので、図１６及び図１７に示した構成でも問題
はなく、しかもラジアル方向Ｒのレンズシフトの影響が
原理的にないので、良好なフォーカスエラー信号が得ら
れる。

【０１２９】ただし、図１６及び図１７に示した構成の
光学装置２０では、（ＰＤ１＋ＰＤ２）及びＰＤ３の合
焦状態における信号の絶対値が等しくないため、予めこ
の成分（絶対値の差）を取り除いておく必要がある。こ
れは、トラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信
号を共通のフォトダイオードで検出する際に必要となる
条件であり、どちらか一方のエラー信号のみの検出が必
要であればフォトダイオードの分割線をずらして合焦状
態における信号の絶対値が等しくなるようにすればよ
い。

【０１３０】図１９Ａ及び図１９Ｂに、図４に示した透
過型モデルにおいて上述の絶対値の差の成分を取り除い
た上で得られるフォーカスエラー信号の計算結果を示
す。図１９Ａは、外側のフォトダイオード（ＰＤ１＋Ｐ
Ｄ２）における検出信号（ＦＥ／ｏｕｔ）及び内側のフ
ォトダイオードＰＤ３における検出信号（ＦＥ／ｉｎと
オフセット成分を含む）の状態及びフォーカスエラー信
号ＦＥを示す。また、図１９Ｂは、±４００μｍのラジ
アル方向ＲのレンズシフトＬＳがある場合の特性を示
す。図１９Ａより良好なＳ字形状のフォーカスエラー信
号が得られ、しかも図１９Ｂよりラジアル方向Ｒのレン
ズシフトＬＳの影響を受けないことがわかる。従って、
非常に良好なフォーカスエラー信号の検出が期待できる
ことがわかる。

【０１３１】尚、図１９Ａ及び図１９Ｂに示されている
仮想フォトダイオードの分割線は、前述のトラッキング
エラー信号を生成したときの分割線と同一位置に設けら
れており、これらの結果からトラッキングエラー信号及
びフォーカスエラー信号を整合性のある形で検出可能な
ことが示されていると考えられる。

【０１３２】上述のシミュレーションでは、共焦点位置
から仮想フォトダイオードまでの伝搬距離を全て１００
μｍとしているが、伝搬距離をさらに長くした場合に
は、充分な遠視野に近づく過程で、干渉パターンが徐々
に変化していく。

【０１３３】そして、図１８中に示したモデル（＋，
＋）のマスクに対する−方向のデフォーカスの光量分布
について、伝搬距離Ｌを長くしていったときの変化を図
２０に示す。図２０より、仮想フォトダイオード上のほ
ぼ中央に位置していた一方のデフォーカスによる光量分
布が、伝搬距離Ｌが長くなるほど外側方向に位置がずれ
てくることがわかる。光量分布が外側方向にずれていく
と、もともと外側に光量分布を有する他方のデフォーカ
ス（この場合は＋方向のデフォーカス）との区別ができ
なくなってしまう。図２１に伝搬距離Ｌを変化させたと
きの、デフォーカスによる干渉パターンの挙動を示すよ
うに、伝搬距離Ｌが５００μｍ及び１０００μｍの場合
には、デフォーカスの方向が＋方向でも−方向でも類似
した変化を示すことがわかる。

【０１３４】従って、遠視野においては、数３の演算で
は適切なフォーカスエラー信号が得られないことが分か
る。

【０１３５】また、図２２Ａ〜図２２Ｃ及び図２３Ｄ〜
図２３Ｅに、伝搬距離Ｌを変化させて得られるフォーカ
スエラー信号ＦＥを示す。いずれも縦軸は相対値であ
り、破線（ＦＥ／ｏｕｔ）が外側のフォトダイオードＰ
Ｄ１＋ＰＤ２による信号、鎖線（ＦＥ／ｉｎ）が内側の
フォトダイオードＰＤ３による信号（図２２Ａはオフセ
ットを含む）、実線が２つの信号を演算して得られたフ
ォーカスエラー信号ＦＥを示す。

【０１３６】伝搬距離Ｌが変化すると受光強度等も変化
するので、信号の絶対値の比較はできないが、伝搬距離
Ｌが長くなることにより、フォーカスエラー信号のＳ字
がくずれ、デフォーカスに対応して線形に変化する範囲
も狭くなってくることがわかる。そして、この条件では
伝搬距離Ｌ＝１００μｍ程度とすることにより、良好な
フォーカスエラー信号が得られることがわかる。

【０１３７】従って、遠視野の場合には、良好なフォー
カスエラー信号を得るためには、トラッキングエラー信
号とは切り離してフォーカスエラー信号を別途検出する
必要がある。

【０１３８】これに対して、遠視野というには充分でな
い位置、例えば上述の計算結果の場合では１００μｍ程
度の位置に仮想フォトダイオードを配置することによ
り、トラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号
を整合性良く共通に設けられた検出器で検出することが
できる。

【０１３９】上述の実施の形態の光学装置２０によれ
ば、トラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号
の検出に特徴を有することにより、下記の利点を有す
る。（１）全てのピット深さ又はグルーブ深さの光ディスク
に対して、トラッキングサーボ及びフォーカスサーボを
かけることができる。（２）共焦点光学系を利用したことにより、全てのピッ
ト深さ又はグルーブ深さの光ディスクに対して、トラッ
キングエラー信号及びフォーカスエラー信号がラジアル
方向のレンズシフトに強くなる。（３）トラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信
号の検出のために付加する光学部品がないため、部品点
数を削減した簡素な光学系を構成することができる。従
って、組立工程及び調整工程の簡素化を図ることができ
る。（４）部品点数の削減及び工程の簡素化により製造コス
トが低減できる。（５）低消費電力化や小型軽量化ができる。（６）同一の半導体基体に半導体レーザ、光検出素子、
マスク手段（ナイフエッジマスク）を形成するので、組
立後の経時変化が少ない。（７）小型軽量化が実現可能で、これによる応答速度の
向上が図られる。（８）フォーカスの状態に依存しないトラッキングエラ
ー信号を検出できる。（９）半導体プロセスの一環としてマスク手段を作製で
きるため、極めて再現性が高く、歩留まり良く製造する
ことができる。

【０１４０】本発明の光学装置は、上述の実施の形態に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲でその他様々な構成が取り得る。

【０１４１】

【発明の効果】上述の本発明による光学装置によれば、
互い違いに形成されたマスク手段を設けることにより、
被照射部がピットを有する光ディスクである場合に、全
てのピット深さ又はグルーブ深さの光ディスクに対して
トラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号の検
出を行うことができる。また、対物レンズ等の収束手段
の変動に影響されないでトラッキングエラー信号やフォ
ーカスエラー信号の検出を正確に行うことができる。

【０１４２】そして、光検出素子でトラッキングエラー
信号やフォーカスエラー信号を検出することにより信号
の検出のために付加する光学部品がないため、部品点数
を削減した簡素な光学系を構成できる。このため、調整
工程の簡素化が実現できる。これにより、光学装置の低
製造コスト化を図ることができ、また光量のロスが低減
されて低消費電力化が図られる。

【０１４３】また、共焦点光学系を採用した場合には、
発光部及びマスク手段を（さらに好ましくは光検出素子
も）同一半導体基体に形成するため、部品点数を低減し
て光学装置を小型軽量化することができ、さらに応答速
度の向上もなされ、光学装置の組立後の経時変化を少な
くすることができる。

【０１４４】共焦点光学系を採用した場合には、共焦点
位置近傍に形成されるマスク手段を半導体プロセスの工
程中に形成することができるため、再現性が高く、歩留
まりよく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学装置の概略構成図（斜視図）である。

【図２】図１の光学装置の要部の拡大図である。

【図３】Ａ図１の光学装置の要部の断面図である。Ｂ図１の光学装置の要部の平面図である。

【図４】Ａ、Ｂ計算に用いた光学系のモデルを示す図
である。

【図５】図４のモデルのナイフエッジマスクを２つに分
けたモデルを示すである。

【図６】Ａ、Ｂピットエッジにおける検出を説明する
ピットエッジの概略図である。

【図７】図４及び図５のモデルにおける仮想フォトダイ
オード上の干渉パターンの計算結果を示す図である。Ａ図４のモデルにおけるデフォーカスの状態とデトラ
ックの状態に対する干渉パターンの変化を示す図であ
る。Ｂ図５の各モデルにおけるデトラックの状態に対する
干渉パターンの変化を示す図である。Ｃ図７Ａのときの各回折成分の位置関係を示す図であ
る。

【図８】ディスクのピット深さがλ／４ｎ以外である場
合のトラッキングエラー信号の特性を示す図である。Ａラジアル方向のレンズシフトによるトラッキングエ
ラー信号の変化を示す図である。Ｂ、Ｃデフォーカスによるトラッキングエラー信号の
変化を示す図である。

【図９】図４及び図５のモデルにおける立ち上がりのピ
ットエッジ検出の場合の干渉パターンの計算結果を示す
図である。

【図１０】図４及び図５のモデルにおける立ち上がりの
ピットエッジ検出の場合の各回折光の仮想フォトダイオ
ード上のランディング位置を示す図である。

【図１１】図４及び図５のモデルにおける立ち下がりの
ピットエッジ検出の場合の干渉パターンの計算結果を示
す図である。

【図１２】図４のモデルにおける干渉パターンのデトラ
ックの方向による変化を示す図である。

【図１３】ディスクのピット深さがλ／４ｎである場合
のトラッキングエラー信号の特性を示す図である。Ａラジアル方向のレンズシフトによるトラッキングエ
ラー信号の変化を示す図である。Ｂ、Ｃデフォーカスによるトラッキングエラー信号の
変化を示す図である。

【図１４】伝搬距離が５００μｍであり、ディスクのピ
ット深さがλ／４ｎ以外である場合の干渉パターンの変
化を示す図である。

【図１５】伝搬距離が５００μｍであり、ディスクのピ
ット深さがλ／４ｎである場合の干渉パターンの変化を
示す図である。

【図１６】本発明の光学装置の実施の形態の概略構成図
（斜視図）である。

【図１７】Ａ図１６の光学装置の要部の断面図であ
る。Ｂ図１６の光学装置の要部の平面図である。

【図１８】図４及び図５のモデルにおける仮想フォトダ
イオード上の干渉パターンのデフォーカスの状態に対す
る変化を示す図である。

【図１９】図４のモデルにおけるフォーカスエラー信号
の計算結果を示す図である。Ａフォーカスエラー信号と内側と外側のフォトダイオ
ードでの検出信号を示す図である。Ｂフォーカスエラー信号のラジアル方向のレンズシフ
トに対する変化を示す図である。

【図２０】図１８中モデル（＋，＋）のマスクに対する
−方向のデフォーカスの光量分布について伝搬距離を長
くしていったときの変化を示す図である。

【図２１】伝搬距離を変化させたときの、デフォーカス
による干渉パターンの挙動を示す図である。

【図２２】Ａ〜Ｃ伝搬距離を変化させたときのフォー
カスエラー信号を示す図である。

【図２３】Ｄ〜Ｅ伝搬距離を変化させたときのフォー
カスエラー信号を示す図である。

【図２４】従来の光学装置の概略構成図である。

【図２５】Ａ、Ｂプッシュプル法によるトラッキング
サーボを説明する図である。

【図２６】プッシュプル法における問題点を説明する図
である。Ａレンズがシフトした場合のオフセットを示す図であ
る。Ｂレンズが傾いた場合のオフセットを示す図である。

【図２７】従来のプッシュプル法によるトラッキングエ
ラー信号へのレンズシフトの影響を示した図である。

【図２８】３スポット法によるトラッキングサーボを説
明する図である。

【図２９】位相差検出法によるトラッキングサーボを説
明する図である。

【図３０】ＣＰＰ法によるトラッキングエラー信号とデ
フォーカス量との関係を示す図である。

【図３１】従来のホログラム素子を用いた光学装置の概
略構成図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…光ディスク、３…対物レンズ、４
…ＡＲコート反射面、５…ＨＲコート反射面、６…ガラ
スプリズム、７…光半導体素子、１０，２０…光学装
置、５１…レンズ、５２…ディスク、Ｌ_F…出射光、Ｌ
_R…戻り光、Ｍ…反射面、ＬＤ…半導体レーザ、Ｔ…デ
ィスクのタンジェンシャル方向、Ｐ…ディスクのピッ
ト、Ｒ…ディスクのラジアル方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光部と、光検出素子から成る受光部と、上記発光部からの出射光を被照射部に収束照射し、更に
該被照射部から反射された戻り光を収束させる収束手段
とを有し、上記戻り光の上記収束手段による焦点位置近傍に、上記
戻り光の光軸に対して対称となるように互い違いに形成
されたマスク手段が形成され、上記マスク手段を経た上記戻り光を上記光検出素子で受
光して、トラッキングエラー信号及びフォーカスエラー
信号を検出することを特徴とする光学装置。
【請求項２】上記発光部が半導体レーザと該半導体レ
ーザからの出射光を反射させる反射面が同一半導体基体
に形成された半導体部から構成され、上記受光部が上記
半導体基体に形成され、該半導体基体に上記収束手段の
共焦点が設定され、該共焦点近傍に上記マスク手段が配
置されたことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。