JP2005100550A - 光ピックアップ及び光ディスク記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡単な構成により対物レンズがトラッキングサーボ動作時にレンズシフトしても、サイドプッシュプル信号の振幅を略ゼロとすることが可能な光ピックアップ及びその光ピックアップを用いた光ディスク記録再生装置を提供すること。
【解決手段】
光ディスク記録再生装置１の光ピックアップ４は、グレーティング１４の対物レンズ１８の瞳上での位相構造の周期Dを、光ディスク２による回折光の移動距離の略２／３としたので、例えば０次回折光と±１次回折光の重なる部分で必ず０度と１８０度の領域が重なりプッシュプル信号振幅を略ゼロにすることができ、レンズシフトによるDCオフセットを確実にキャンセルできることとなる。更にグレーティングの回転調整の作業を省いて、低コストで光ピックアップ４の組み立てが可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えばCD(Compact Disk)及びDVD(Digital versatile Disk)などの種々の光ディスクの記録再生に用いられる光ピックアップ及びその光ピックアップを用いた光ディスク記録再生装置に関する。

従来、光ディスク記録再生装置のトラッキングエラー信号を得る方法としてプッシュプル法などがあったが、例えばプッシュプル法では対物レンズの光軸ずれによるDCオフセットを有効にキャンセルできないなどの欠点も有った。そこで、複数ビームを使用してDCオフセットをキャンセルする方法(差動プッシュプル（DPP：Differential PushPull）法)が考え出され、特公平４−３４２１２号公報に記載されている。しかし、この方法では、サイドビームはメインビームのあるトラックの隣のランドに必ず存在する必要がある。そのため、異なるトラックピッチの光ディスクを記録再生する場合には、サイドビームの位置が必ずしも、前記の条件に当てはまらないため、DPPレベルが光ディスクによって、大きく変動するという欠点がある。これは、DVDとCDで共通の回折格子を使用する場合の大きな問題点となる。

そこで、例えば回折格子により対物レンズの瞳上での位相構造の一部分に位相差を与えることによって、サイドビームのプッシュプル振幅をほぼゼロにし、メインビームのDCオフセットだけをキャンセルする方法が考え出された（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２５０２５０号公報（段落[００５７]から[００９２]、図１及び図４）

しかしながら、特開２００１−２５０２５０号公報のような方法では、レンズシフト時に、レンズシフトが０のときのメインスポットのプッシュプル信号振幅の約３０パーセントのサイドプッシュプル信号振幅が現れ、レンズシフトによりDPPレベルが変動したり、変動する様子が記録再生する光ディスクのトラックピッチによって異なるなどの問題があった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡単な構成により対物レンズがトラッキングサーボ動作時にレンズシフトしても、サイドプッシュプル信号の振幅を略ゼロとすることが可能な光ピックアップ及びその光ピックアップを用いた光ディスク記録再生装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の主たる観点に係る光ピックアップは、光ディスクにレーザ光を照射する光源と、前記レーザ光を前記光ディスク上に集光する対物レンズと、前記光源からのレーザ光からメインビームとサブビームとを生成すると共に、回折されたサブビームに位相差を与えるような位相構造を有する回折格子であって、位相差を与えられたサブビームの位相構造の周期の略３／２が、前記対物レンズの瞳上での前記光ディスクによる前記サブビームの回折による移動距離となるように、前記光源からのレーザ光を回折する回折格子とを具備することを特徴とする。

本発明は、回折格子の対物レンズの瞳上での位相構造の周期を光ディスクによる回折光の移動距離の略２／３としたので、例えば０次回折光と±１次回折光の重なる部分で０度と１８０度の位相領域が重なり、レンズシフトしてもプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができることとなる。

本発明の一の形態によれば、前記回折格子は、前記対物レンズの瞳上での前記位相差を与えられたサブビームの位相構造の周期が、fを前記対物レンズの焦点距離、λを前記レーザ光の波長、pを前記光ディスクのトラックピッチ、θを前記光ディスクのトラック方向に対する前記周期の位相構造の角度として、略２／３（f×λ／p）×sinθと表されることを特徴とする。これにより、位相構造の周期を表す式より求められた周期の回折格子を用いることによって、きわめて簡単に、レンズシフトしてもプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができることとなる。

本発明の一の形態によれば、前記サブビームに位相差を与える前記回折格子の位相構造の周期は、fを前記対物レンズの焦点距離、λを前記レーザ光の波長、pを前記光ディスクのトラックピッチ、θを前記光ディスクのトラック方向に対する前記周期の位相構造の角度、Lを前記光源の発光点から回折格子の格子面までの光学距離、βを前記発光点から光ディスク上の焦点までの光学倍率として、略２／３（f×λ／p）×（L／（β×f））×sinθと表されることを特徴とする。これにより、回折格子上での位相構造の周期を容易に求めることができ、その求められた周期の回折格子を用いることによって、きわめて簡単に、レンズシフトしてもプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができることとなる。

本発明の一の形態によれば、前記位相構造の１つの周期は、その内部に１以上であって４以下の整数nの２倍に略等分割された複数の領域を有することを特徴とする。これにより、複数の領域が狭すぎて回折格子の製作精度の低下や高次回折光の発生による光利用効率の低下するのを防ぐと共に、少なくとも２つの領域が形成され位相のずれを設けることが可能となるので、レンズシフトしてもプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができることとなる。

本発明の一の形態によれば、前記複数の領域は、夫々周期溝構造を有し、その隣り合う領域の夫々の周期溝構造が位相差１８０／n度でずれていることを特徴とする。これにより、周期が３６０度となり確実に周期的な位相構造を形成できる。

本発明の一の形態によれば、前記周期の位相構造の角度θが、４５度以上であって１３５度以下であることを特徴とする。これにより、周期が小さくなりすぎて光利用効率が低下するのを防ぐことができる。

本発明の一の形態によれば、前記回折格子は、前記周期の位相構造の角度θが左右対称でその位相構造がV字形状になるように形成されていることを特徴とする。これにより、プッシュプルの強め合う部分や弱め合う部分が、例えばチェッカーフラッグ模様（市松模様）となりより細かくなって均等となるので、異なるトラックピッチの場合や若干の寸法誤差があっても、レンズシフトしたときにプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができることとなる。

本発明の一の形態によれば、前記光源は、第１の波長のレーザ光のみを射出することができることを特徴とする。これにより、コストの軽減を図りながら確実にレンズシフトによるDCオフセットをキャンセルできる。また、１つの波長であっても複数種類のトラックピッチに対応できる。

本発明の一の形態によれば、前記光源は、前記第１の波長のレーザ光と前記第１の波長と異なる第２の波長のレーザ光とを射出することができることを特徴とする。これにより、例えば１CAN２波長レーザーダイオードと特定周期の回折格子とを組み合わせて用いることにより、光学部品点数を削減し、低コストでCDとDVDとの２種類の光ディスクに対し、DCオフセットをキャンセルできる光ピックアップとすることができる。

本発明の他の観点にかかる光ディスク記録再生装置は、光ディスクにレーザ光を照射する光源と、前記レーザ光を前記光ディスク上に集光する対物レンズと、前記光源からのレーザ光からメインビームとサブビームとを生成すると共に、回折されたサブビームに位相差を与えるような位相構造を有する回折格子であって、位相差を与えられたサブビームの位相構造の周期の略３／２が、前記対物レンズの瞳上での前記光ディスクによる前記サブビームの回折による移動距離となるように、前記光源からのレーザ光を回折する回折格子とを具備する光ピックアップを備えることを特徴とする。

本発明は、回折格子の対物レンズの瞳上での位相構造の周期を光ディスクによる回折光の移動距離の略２／３としたので、例えば０次回折光と±１次回折光の重なる領域で０度と１８０度の位相領域が重なり、レンズシフトしてもプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができる光ディスク記録再生装置とすることができる。

本発明の一の形態によれば、前記光ピックアップの前記回折格子は、前記対物レンズの瞳上での前記位相差を与えられたサブビームの位相構造の周期が、fを前記対物レンズの焦点距離、λを前記レーザ光の波長、pを前記光ディスクのトラックピッチ、θを前記光ディスクのトラック方向に対する前記周期の位相構造の角度として、略２／３（f×λ／p）×sinθと表されることを特徴とする。

本発明の一の形態によれば、前記サブビームに位相差を与える前記回折格子の位相構造の周期は、前記回折格子上ではfを前記対物レンズの焦点距離、λを前記レーザ光の波長、pを前記光ディスクのトラックピッチ、θを前記光ディスクのトラック方向に対する前記周期の位相構造の角度、Lを前記光源の発光点から回折格子の格子面までの光学距離、βを前記発光点から光ディスク上の焦点までの光学倍率として、略２／３（f×λ／p）×（L／（β×f））×sinθと表されることを特徴とする。

本発明の一の形態によれば、前記光ピックアップの前記位相構造の１つの周期は、その内部に１以上であって４以下の整数nの２倍に略等分割された複数の領域を有することを特徴とする。

本発明の一の形態によれば、前記光ピックアップの前記複数の領域は、夫々周期溝構造を有し、その隣り合う領域の夫々の周期溝構造が位相差１８０／n度でずれていることを特徴とする。

本発明の一の形態によれば、前記光ピックアップの前記周期の位相構造の角度θが、４５度以上であって１３５度以下であることを特徴とする。

本発明の一の形態によれば、前記光ピックアップの前記回折格子は、前記周期の位相構造の角度θが左右対称でその位相構造がV字形状になるように形成されていることを特徴とする。

本発明の一の形態によれば、前記光ピックアップの前記光源は、第１の波長のレーザ光のみを射出することができることを特徴とする。

本発明の一の形態によれば、前記光ピックアップの前記光源は、前記第１の波長のレーザ光と前記第１の波長と異なる第２の波長のレーザ光とを射出することができることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、簡単な構造でレンズシフトしてもプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、以下実施形態を説明するにあたっては、光ピックアップを用いた光ディスク記録再生装置のCD及びDVDの再生を中心に説明するが、これに限られるものではない。

図１は本発明の第１の実施形態に係る光ディスク記録再生装置のブロック図である。

図１に示すように光ディスク記録再生装置１は、例えば音楽情報や映像情報などが記録された光ディスク２がセットされており、光ディスク２を回転させるスピンドルモータ３、光ディスク２にレーザ光を照射させ電気信号に変換などする光ピックアップ４、そのスピンドルモータ３及び光ピックアップ４などを駆動させるドライバ５、そのドライバ５を制御するドライバ制御部６、光ピックアップ４から受光素子であるPD(Photo Detector)の出力信号を増幅などするアンプ７、アンプ７からの再生信号を復調、誤り検出及び訂正などの処理をして音楽情報等の信号を再生する信号処理部８、信号処理部８からの信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータ９、D/Aコンバータ９によりアナログ信号に変換された信号を音楽情報等に変換し出力すると共に、操作ボタンなどによる操作情報を入力する入出力部１０、入出力部１０から入力された音響情報などの図示しないエンコード処理手段や変調回路などを有する記録制御回路１１及び光ディスク記録再生装置１全体の動作の制御をする制御部１２などから構成されている。

ここで、光ディスク２は音楽情報等が記録されたCD、映像情報などが記録されたDVDなどの記録媒体である。

図２は光ピックアップの概略説明図である。

光ピックアップ４は、例えば図２に示すように光源としてレーザ光を射出するレーザ光源１３、そのレーザ光をメインビームと２つのサブビームの３ビームから構成されるレーザ光に回折分離し、そのサブビームに周期位相構造を生成するグレーティング（回折格子）１４、分離された３ビームを光ディスク２に照射する方向に反射などするビームスプリッタ１５、そのビームスプリッタ１５からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ１６、コリメータレンズ１６により平行光にされたレーザ光を光ディスク２方向に反射させるミラー１７、ミラー１７により反射されたレーザ光を光ディスク２上に集光させる対物レンズ１８、光ディスク２からの反射光でビームスプリッタ１５を透過したレーザ光の光軸を調節する光軸合成素子１９、光軸を調整されたレーザ光が入射する例えばシリンドリカルレンズなどにより構成される調整レンズ２０及びその調整レンズ２０からのレーザ光を受光する受光素子としてのＰＤ２１などを有する。

レーザ光源１３は、例えば波長７８０nmのレーザ光を射出する第１の発光点２２と波長６５０nmのレーザ光を射出する第２の発光点２３とを一つのパッケージに集約したものである。

図３はグレーティング１４の構造の概略説明図であり、光ディスク２のトラック方向（グレーティング１４により分離された３ビームが並ぶ方向）を図中のY軸とし、対物レンズ１８のレンズシフト方向を図中のX軸としたものである。

グレーティング１４は、図３に示すように図中のY軸方向と角度θをなす方向に、対物レンズ１８の焦点距離をf、レーザ光の波長をλ、光ディスク２のトラックピッチをpとして、対物レンズ１８の瞳上で[数１]で表される周期Dに略一致するように、周期的に位相構造が形成されている。

D＝２／３（f×λ／p）×sinθ [数１]
[数１]から解るように、周期Dはsinθをθ＝９０度とすれば（f×λ／p）が対物レンズ１８の瞳上での光ディスク２による１次回折光の移動距離であるから、その移動距離の２／３となる。これにより、後述するように丁度サブビームの０次回折光と１次回折光との重なり領域で例えば０度と１８０度の位相が重なり、プッシュプル信号振幅が０となることとなる。

また、グレーティング１４の周期は、実際の光ピックアップ４ではレーザ光源１３とビームスプリッタ１５との間に配置されているので、グレーティング１４の瞳上での周期D´として略[数１]×（L／（β×f））と表される。すなわち、光ディスク２のトラック方向と角度θをなす方向に、対物レンズ１８の焦点距離をf、レーザ光の波長をλ、光ディスク２のトラックピッチをp、レーザ光源１３の発光点から回折格子面までの光学距離をL、レーザ光源１３の発光点から光ディスク２上の焦点までの光学倍率をβとして、グレーティング１４の瞳上で[数２]で表される周期D´に略一致するように、周期的に位相構造が形成されている。

D´＝２／３（f×λ／p）×（L／（β×f））×sinθ [数２]
図４はグレーティング１４の周期DがD／２nに分割されている状態の説明図である。

グレーティング１４の位相構造の周期Dは、２n（nは整数）に略等分割された領域B
を有しており、そのnは１以上であって４以下である。例えば図４に示すようにnを１とし、等分割された領域Bを図面右側からB１、B２とすると、Dが３６０度であるからB１が１８０度、B２が３６０度となる。

尚、nを１以上であって４以下とした理由は、n＝１よりサブビームでのプッシュプル振幅をゼロとできる一方で、nが５以上になると略等分割された領域Bが小さくなりグレーティング製作の精度の低下や高次回折光の発生により、回折格子での０次回折光効率及び±１次回折光効率が低下し、光利用効率が低下するためnを４以下としたものである。

また、略等分割された位相構造は、その各領域の溝周期が夫々位相差１８０／n度だけずれた構造となっている。例えばn＝１でのB１及びB２は、図４に示すように夫々０度（図中の空白の領域）及び１８０度（図中の斜線の領域）に分けられた周期的な溝構造を有しており、B１とB２とではその溝周期が丁度１８０度ずれることから斜線の領域（１８０度）が、隣の領域の斜線の領域と斜め方向に配置されることとなる。

更にグレーティング１４は、図３に示すようにその位相周期構造方向がトラック方向（３ビーム方向）に対し４５度以上であって１３５度以下の角度を有している。

これにより、図３に示すように位相構造周期DのX軸上の幅Aを特定のトラックピッチに合わせるため一定にする必要があるが、位相周期構造方向であるθを４５度以上であって１３５度以下とするので、位相構造周期Dが小さくなりすぎてグレーティング製作の精度の低下や高次回折光の発生により、回折格子での０次回折光効率及び±１次回折光効率が低下することを防げる。

次にビームスプリッタ１５は、グレーティング１４からのレーザ光を４５度の傾斜を有する反射面により後述するコリメータレンズ方向に反射させ射出させると共に、光ディスク２からの反射光をグレーティング１４からのレーザ光と分離し透過させ、後述する光軸合成素子へ射出させることができる。

また、対物レンズ１８は２波長例えば７８０nm及び６５０nmのレーザ光を確実にその情報記録面に集光できるように形成されており、図示しないアクチュエータによって、フォーカシング方向及びトラッキング方向に移動可能なように支持されている。

更に光軸合成素子１９は、例えばレーザ光源１３から射出される２つのレーザ光のうち６５０nmのレーザ光はそのまま透過させ、７８０nmのレーザ光については回折または、屈折させることができる。これにより、７８０nmのレーザ光は例えば６５０nmのレーザ光の反射光が集光するPD上の位置に、その光路が変更され集光させることができることとなる。

図５は受光素子としてのPDの説明図である。

PD２１は、図２に示すようにビームスプリッタ１５を透過したレーザ光を受光して電気信号に変換する受光素子であり、例えば図５に示すようにメインビームを受光する４分割された４分割用PD２４、その両隣に配置されたサブビームを受光するサブビーム用PD２５，２６を有する。これにより、例えば４分割用PD２４の各分割領域からの出力信号からフォーカシングエラー信号及びＲＦ信号を生成することができると共に、４分割用ＰＤ２４とサブビーム用ＰＤ２５，２６とのプッシュプル信号により、レンズシフトによるDCオフセットをキャンセルしたトラッキングエラー信号を生成することができることとなる。

次に、ドライバ５は例えば図示しないフォーカスドライバ、トラッキングドライバ及びスピンドルドライバなどを有し、光ピックアップ４の対物レンズ１８をフォーカス方向及びトラッキング方向などに動かすことができる。また、スピンドルドライバは、スピンドルモータ３の回転を制御することができる。

また、ドライバ制御部６は例えば図示しないフォーカス制御回路やトラッキング制御回路などを有し、制御部１２のコントロール下、アンプ７からのフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などに基づいて、ドライバ５を制御することができる。

更にアンプ７は、例えば制御部１２のコントロール下、４分割用PD２４からの出力信号を所定の大きさまで増幅して、フォーカスエラー信号を生成したり、４分割用PD２４とサブビーム用PD２５，２６とのプッシュプル信号を所定の大きさまで増幅し、例えばDPP（Differential Push Pull）法でトラッキングエラー信号を生成したり、４分割の各領域からの信号を合算し、RF（Radio Frequency）信号などを生成することができる。生成されたフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号は、制御部１２を介しドライバ制御部６に供給され、RF信号は信号処理部８に供給される。

また、入出力部１０は、図示しない音響部、表示部、撮像部及び操作部などを有し、例えば制御部１２のコントロール下、D/Aコンバータ９から供給されるアナログ信号に変換された音楽情報などを音響部のスピーカなどにより音声などにして出力することができる。

更に入出力部１０は操作部の操作ボタンなどからの操作情報を制御部１２に受け渡すことができる。

また、制御部１２は例えば図示しない演算と制御とをするCPU（Central Processing Unit）、必要に応じて一時的に情報を記録し光ディスク記録再生装置１の制御をより円滑に行うRAM（Random Access Memory）、ROM（Read only Memory）及びデータ格納部などを有する。

次に、以上のように構成された光ディスク記録再生装置１の動作についてCDの再生を中心に説明する。

まず、図１に示すように光ディスク記録再生装置１に光ディスク２がセットされ入出力部１０のボタン操作などにより電源が投入されると、制御部１２はドライバ制御部６及びドライバ５によりスピンドルモータ３を所定の回転数で回転させる。

また、制御部１２はドライバ制御部６及びドライバ５により図示しないスレッドモータを駆動させ、所定の光ディスク２の位置に光ピックアップ４を移動させると共に、ドライバ制御部６及びドライバ５によりレーザ光源１３に電流をリードパワーレベルに調節して、供給させる。

更に必要な電流が供給されたレーザ光源１３は、第１の発光点２２から例えば波長７８０ｎｍのレーザ光を射出する。射出されたレーザ光は例えば図２に示す点線（実線は第２の波長例えば６５０ｎｍのレーザ光の光線を示す。）のようにまず、グレーティング１４に入射し３つのビームに分離され、ビームスプリッタ１５に入射する。すなわち、回折格子であるグレーティング１４により、メインビームとサブビームに分離される。

また、ビームスプリッタ１５に入射した３つのビームからなるレーザ光は、更にビームスプリッタ１５中に形成された４５°の傾斜を有する反射面により、コリメータレンズ１６の方向に反射され、コリメータレンズ１６に入射し平行光にされる。

更にコリメータレンズ１６から射出した平行光にされたレーザ光は、ミラー１７により光ディスク２の方向に反射され、対物レンズ１８に入射する。そして、対物レンズ１８により光ディスク２の反射面に集光されることとなる。

このとき、３つのビームからなるレーザ光は、光ディスク２の反射面のトラック構造により０次回折光と±１次回折光とに回折され、対物レンズ１８に戻りその瞳上で０次回折光と±１次回折光とのスポット領域が一部重なり合う状態となる。その際、グレーティング１４によって分離されたサブビームは、その重なり部分ではプッシュプル信号振幅が略ゼロとなるように各位相領域が形成される。

また、対物レンズ１８に戻った３ビームのレーザ光は更にミラー１７及びコリメータレンズ１６を光ディスク２へ進む方向と逆に戻り、ビームスプリッタ１５に入射し、グレーティング１４からのレーザ光と分離され透過して、光軸合成素子１９へ射出される。

光軸合成素子１９に入射した３ビームのレーザ光は、例えば波長６５０ｎｍのレーザ光はそのまま透過させ、波長７８０ｎｍのレーザ光については回折または、屈折させてその光軸を波長６５０ｎｍのレーザ光の光軸に合わせられる。

従って、光軸合成素子１９を射出した３ビームのレーザ光は、例えば２波長で同一光軸上を調整レンズ２０に入射し、調整レンズ２０中のシリンドリカルレンズや球面レンズなどによりPD２１上に、対物レンズ１８の瞳上の０次回折光と±１次回折光と同様な位相構造を有する３ビームが照射されることとなる。

すなわち、２波長のメインビームは４分割用PD２４に照射されて夫々の分割領域からの電気信号が出力され、アンプ７に供給される。また、サブビーム用PD２５，２６には２波長のサブビームが照射されて、夫々のPDからプッシュプル信号が出力され、アンプ７に供給される。

ここで、アンプ７に４分割用PD２４の各領域から供給された出力信号は、制御部１２のコントロール下、所定の大きさまで増幅され、フォーカスエラー信号を生成して制御部１２を介してドライバ制御部６に供給される。ドライバ制御部６は、フォーカスエラー信号をドライバ５に伝え、ドライバ５のフォーカスドライバにより光ピックアップ４の図示しない例えばアクチュエータのフォーカスコイルによって、フォーカシングが行われる。

また、アンプ７にサブビーム用PD２５，２６から供給されたプッシュプル信号は、制御部１２のコントロール下、所定の大きさに増幅され、その信号と４分割用PD２４によるプッシュプル信号とによりトラッキングエラー信号が生成されることとなる。

次に、図６は周期Dの位相構造のグレーティングによるプッシュプル信号振幅のグラフ、図７は対物レンズが移動したときのプッシュプル信号振幅のグラフである。ここで図６及び図７の縦軸はPush Pullレベルであり、横軸はDetrack（トラック中心からのずれ量）を表しており、曲線Mは通常のグレーティングによるプッシュプル信号振幅を表し、曲線Nは周期Dのグレーティングによるプッシュプル信号振幅を表す。なお、対物レンズの移動量（レンズシフト量）は０．３mmである。

この図６及び図７より明らかなように、周期Dのグレーティング１４を用いれば対物レンズ１８がシフトするか否かにかかわらず、プッシュプル信号振幅は略ゼロになる一方でレンズシフトしたとき（図７の状態）のDCオフセット信号はそのまま残ることがわかる。

これによって、対物レンズ１８がレンズシフトしたときも、例えばDCオフセット信号が含まれているメインビームによるプッシュプル信号から、サブビームにより得られたDCオフセット信号をキャンセルすることができることとなる。

ここで、サブビームのプッシュプル信号振幅が略ゼロとなることについて説明する。

図８は０次回折光と１次回折光との重なり状態を１次回折光を移動して説明した模式図、図９はレンズシフトしていない対物レンズの瞳上での０次回折光及び±１次回折光の説明図である。尚、図９では０次回折光及び±１次回折光の重なり部分は、±１次回折光の位相領域が示されている。

まず、サブビームによる０次回折光は例えばn＝１、θ＝９０度で、０次回折光の中心軸Kを基点とすると図８に示すように、その位相構造の周期Dが２nに等分割された領域を有するので、n＝１であるからDは中心軸Kの右に２つの位相領域、例えば図中の空白の領域C、斜線の領域Eを有することとなり、夫々０度、１８０度の位相領域となる。更にその右側にその順で位相領域が繰り返される。

次に、１次回折光も同様にn＝１であるから中心軸Pの右側に例えば図中の空白の領域G、斜線の領域Hを有することとなり、夫々０度、１８０度の位相領域となっている。０次回折光と同様に更にその右側にその順で位相領域が繰り返される。

ここで、その中心軸Pが０次回折光の中心軸Kから右側にL（＝f×λ／p）だけ移動しており、そのLは[数１]によりθ＝９０度から３D／２となるので、図８に示すように例えば１次回折光の中心軸Pの右側１番目の位相領域Gが、０次回折光の中心軸Kから４番目の領域Eと重なり合うこととなる。

すなわち、[数１]によれば周期DはLの２／３となり、このときは光ディスク２による±１次回折光の位相シフトを受けている領域は、０次回折光の位相シフト領域に対し、常にD／２だけずれることとなる。

以上のことを図９で見ると、サブビームによる０次回折光と±１次回折光とは、例えばn＝１、θ＝９０度で図９に示すように３つのスポットが一部重なるように対物レンズ１８の瞳上で現れる。

具体的には、０次回折光の中心軸Kを図中のY軸（トラック方向）として、そのX軸左方向にLだけ−１次回折光の中心軸Pが移動し、右方向にLだけ＋１次回折光の中心軸Qが移動して現れる。しかも、０次回折光及び±１次回折光ともその周期DはLの２／３であるから、上述したようにその重なり部分では夫々の位相領域がD／２だけずれることとなる。図中では０次回折光の中心軸の右側の空白の領域C（位相０度）は、＋１次回折光の斜線の領域H（位相１８０度）と重なり、０次回折光の中心軸の右側の斜線の領域E（位相１８０度）は、＋１次回折光の空白の領域G（位相０度）と重なることとなる。

同様に、０次回折光の中心軸の左側の斜線の領域E（位相１８０度）は、−１次回折光の空白の領域I（位相０度）と重なり、０次回折光の中心軸の左側の空白の領域C（位相０度）は、−１次回折光の斜線の領域J（位相１８０度）と重なることとなる。また、０次回折光と±１次回折光の周期Dは同一であり、常に位相がD／２だけずれるので重なり合う部分ではその領域が、必ず一致することとなる。

これにより、プッシュプル信号振幅が導き出される０次回折光と±１次回折光の重なり部分では、必ずD／２だけずれた位相例えば０度と１８０度との位相領域が重なるので出力信号としてはゼロとなり、CDとDVDのトラックピッチの差を考慮してもサブビームのプッシュプル信号振幅を略ゼロとすることが可能となる。

次に、対物レンズ１８がシフトした場合のサブビームのプッシュプル信号振幅を説明する。

図１０は対物レンズがシフトした場合の０次回折光と±１次回折光の重なり状態の説明図である。尚、図１０では０次回折光及び±１次回折光の重なり部分は、±１次回折光の位相領域が示されている。

対物レンズ１８がシフトした場合も光ディスク２による対物レンズ１８の瞳上での回折光は、その０次回折光の中心軸に対し±１次回折光の中心軸はLだけ移動し、その周期Dも同一であるから結局、プッシュプル信号振幅が導き出される０次回折光と±１次回折光の重なり部分では、必ずD／２だけずれた位相例えば０度と１８０度との位相領域が重なることとなる。

具体的には、例えばn＝１でθ＝９０度として、図１０に示すようにレンズシフトをRとすると、０次回折光の中心軸は元の中心軸YからX軸方向にRだけ移動することになり、この新たな中心軸からLだけ±１次回折光の中心軸が移動することになる。従って、０次回折光と±１次回折光との左右での重なり部分の面積は、レンズシフト前と変わらない。

また、元の中心軸Y（光ディスク２のトラック方向）を中心としてその両側の位相領域、例えば図１０中の０次回折光の空白の領域と斜線の領域が周期Dとなる。従って、図１０に示すように０次回折光と±１次回折光との重なり部分の各位相領域は、その形は図９のレンズシフト前と異なるが、レンズシフトしない場合と同様に周期DがLの２／３である以上、必ずD／２だけずれた位相例えば０度と１８０度との位相領域が重なることとなる。

以上から、対物レンズがシフトした場合もサブビームのプッシュプル信号振幅は略ゼロとなり、そのサブビームのプッシュプル信号を用いてメインビームのDCオフセットがキャンセルできることとなる。

次に、生成されたトラッキングエラー信号は、制御部１２を介してドライバ制御部６に供給される。ドライバ制御部６は、トラッキングエラー信号をドライバ５に伝えドライバ５のトラッキングドライバにより光ピックアップ４の図示しない例えばアクチュエータのトラッキングコイルによって、トラッキングが行われる。

これにより、対物レンズ１８を常に適正な位置に保つことができ、再生の精度を確保できる。

更にアンプ７は、例えば制御部１２のコントロール下、４分割用PDの各領域から増幅された信号を合算し、RF信号を生成して信号処理部８に供給する。

信号処理部８は、例えば制御部１２のコントロール下、供給されたRF信号を復調、誤り検出及び訂正などの処理をして音楽情報などの信号を生成し、D/Aコンバータ９に供給する。

また、D/Aコンバータ９は、例えば制御部１２のコントロール下、供給された音楽情報などの信号をアナログ信号に変換し、入出力部１０に供給する。

更に入出力部１０は、例えば制御部１２のコントロール下、供給された音響情報などを図示しない音響部のスピーカなどにより音楽などにして出力し、光ディスク２に記録された音楽情報などが再生されることとなる。

以上で光ディスク記録再生装置１の動作の説明を終了する。

このように本実施形態によれば、光ディスク記録再生装置１の光ピックアップ４は、グレーティング１４の対物レンズ１８の瞳上での位相構造の周期Dを、光ディスク２による回折光の移動距離の略２／３としたので、例えば０次回折光と±１次回折光の重なる部分で必ず０度と１８０度の領域が重なりプッシュプル信号振幅を略ゼロにすることができ、レンズシフトによるDCオフセットを確実にキャンセルできることとなる。更にグレーティングの回転調整の作業を省いて、低コストで光ピックアップ４の組み立てが可能となる。

また、従来の対物レンズの瞳上の一部に位相差を与え、サイドビームで検出されるプッシュプル信号振幅を抑える方法では、従来技術によるDCオフセットの解消程度を表すグラフである図１１に示すように、レンズシフトが無いときのメインビームのプッシュプル信号振幅の３０％のサイドプッシュプル信号振幅が現れていた。これが、対物レンズ１８の瞳上でのサブビームの位相構造の周期Dが、fを対物レンズの焦点距離、λをレーザ光の波長、pを光ディスクのトラックピッチ、θを光ディスクのトラック方向に対する周期Dの位相構造の角度として、略２／３（f×λ／p）×sinθと表されることとしたので、±１次回折光の位相シフトを受けている部分は、０次回折光の位相シフト部分に対し、常にD／２だけずれることとなりプッシュプル信号振幅を略ゼロにすることができる。

更にグレーティング１４の位相構造の１つの周期Dは、その内部に１以上であって４以下の整数nの２倍に略等分割された複数の領域を有することとしたので、複数の領域が狭すぎて回折格子の製作精度の低下や高次回折光の発生による光利用効率の低下するのを防ぐと共に、少なくとも２つの領域が形成され位相のずれを生成することが可能となり、確実にレンズシフトによるDCオフセットをキャンセルできる。

また、グレーティング１４の周期Dの位相構造の角度θが、４５度以上であって１３５度以下であることとしたので、周期Dが小さくなりすぎて光利用効率が低下するのを防ぐことができる。

更にレーザ光源１３は、１つのユニットで第１の波長のレーザ光とその波長と異なる第２の波長のレーザ光とを射出することができるので、例えばCDとDVDとの２種類の光ディスクに対応しDCオフセットをキャンセルできる光ピックアップ４とすることができる。例えば、CDとDVDとで不都合なくDPP法によるトラッキングサーボをかけることが可能となる。また、例えば１CAN２波長レーザーダイオードを周期Dのグレーティング１４と組み合わせて用いることにより、光学部品点数を削減し、低コストでレンズシフトしてもプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができる光ピックアップ４とすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態にかかる光ディスク記録再生装置１について説明する。尚、第２の実施形態に係る光ディスク記録再生装置１の構成は、グレーティング１４を除けば基本的に第１の実施形態と同様であるので、以下の説明では第１の実施形態で示した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。また、グレーティング１４についても、周期の位相構造の角度θが左右対称でその位相構造がV字形状になるように形成されている点を除けば基本的に同様であるので、その点を中心に説明する。

図１２はグレーティングの構造の概略説明図であり、光ディスク２のトラック方向（グレーティング１４により分離された３ビームが並ぶ方向）を図中のY軸とし、対物レンズ１８のレンズシフト方向を図中のX軸としたものである。

まず、グレーティング１４は、図１２に示すように図中のY軸方向と角度θをなす方向に、対物レンズ１８の焦点距離をf、レーザ光の波長をλ、光ディスク２のトラックピッチをpとして、対物レンズ１８の瞳上で[数１]で表される周期Dに略一致するように、周期的に位相構造が形成されているが、第１の実施形態と異なりY軸を中心に左右対称に位相構造が形成され、全体としてV字形状となっている。

すなわち、その位相構造は、Y軸の左右で対象であるので右側の位相周期構造方向θは、Y軸左側と同じ値で逆方向となり、図１２に示すようにnを１とし、略等分割された領域をSとすると、その夫々の領域Sが丁度Y軸を中心軸としてV字状に形成されることとなる。

また、略等分割された位相構造は、Y軸の左右毎に各領域Sの溝周期が夫々位相差１８０／n度だけずれた構造となっている。例えば図１２に示すようにY軸の右側で夫々０度（図中の空白の領域）及び１８０度（図中の斜線の領域）に分けられた周期的な溝構造を有しており、同じY軸の右側の隣の領域とではその溝周期が丁度１８０度ずれる。このことから斜線の領域（位相１８０度）が隣の斜線の領域と斜め方向に配置されることとなる。

次に、以上のように構成された光ディスク記録再生装置１の動作についてCDの再生を中心に説明する。尚、第２の実施形態に係る光ディスク記録再生装置１の動作についても基本的には第１の実施形態と同様であるので、グレーティング１４の構造の相違から生ずる相違点を中心に説明する。

図１３は対物レンズの瞳上での０次回折光と±１次回折光との重なり状態の説明図である。

まず、０次回折光と±１次回折光との重なり部分の位相領域の構造は左右対称であり同様になるのでY軸の右側の重なり部分について説明する。第１の実施形態の場合と異なりθを９０度としないで例えば図１３に示すように、０次回折光のY軸の右側の位相領域は領域C（位相０度）と領域E（位相１８０度）とが、斜めの帯状に交互に現れることとなる。

また、＋１次回折光は図１３に示すようにLだけ移動した中心軸Qの左側に例えば領域H（位相１８０度）と領域G（位相０度）とが、０次回折光の場合と逆方向の斜めの帯状に交互に現れることとなる。これら領域C、Eと領域H、Gが０次回折光と＋１次回折光との重なり部分で、図１３に示すように重なり合うこととなる。

これにより、位相０度と位相１８０度とばかりでなく位相０度と同じ位相０度、更には位相１８０度と位相１８０度とも重なる部分が現れることとなる。しかし、両者の周期Dは一致しており、且つ、移動距離Lの２／３（sinθ）であることから、その重なりは確実に０次回折光と＋１次回折光とで重なる。しかも、Y軸でその重なり部分が左右対称であるから全体としては、サブビームのプッシュプル信号振幅を略ゼロにできることとなる。

また、図１３に示すように０次回折光と±１次回折光との重なり部分の位相領域の構造は細かいチェッカーフラッグ模様となり、その模様（図１３の斜線部分）の１つや２つ誤差が出てもプッシュプル信号への影響としては無視できる程度となる。

以上で光ディスク記録再生装置１の動作の説明を終了する。

このように本実施形態によれば、光ディスク記録再生装置１の光ピックアップ４のグレーティング１４が、[数１]の周期Dの位相構造の角度θが左右対称で、その位相構造がV字形状になるように形成されているので、確実に０次回折光と±１次回折光との重なり部分で各位相領域が重なると共に、プッシュプルの強め合う部分や弱め合う部分が例えばチェッカーフラッグ模様となってより細かくなり、全体で均等となるので、異なるトラックピッチの場合や若干の寸法誤差があっても、レンズシフトしてもプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができる。

また、レーザ光源１３が第１の波長のレーザ光とその波長と異なる第２の波長のレーザ光とを射出することができるように形成されているので、光学部品点数を削減できると共に例えばCDとDVDの２種類の光ディスクのようにトラックピッチが異なってもそのプッシュプル信号の差が出にくくなり、夫々に対してもレンズシフトしてもプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができる光ディスク記録再生装置１とすることができる。

尚、本発明は上述したいずれの実施形態にも限定されず、本発明の技術思想の範囲内で適宜変更して実施できる。

例えば上述した実施形態では光ディスク２の再生の場合について主に説明したがこれに限られるものではなく、レーザ光を用いて記録再生するものであれば他の記録媒体であってもよく、更に光ディスク２への音楽情報や映像情報などの記録の場合でも勿論よい。これにより、よりカスタマイズ化を図りながらレンズシフトしてもプッシュプル振幅を略ゼロにすることができ、DPPレベルの変動を抑えることができることとなる。

本発明の第１の実施形態に係る光ディスク記録再生装置のブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光ピックアップの概略説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るグレーティング構造の概略説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るグレーティング周期DがD／２nに分割されている状態の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る受光素子としてのPDの説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る周期Dの位相構造のグレーティングによるプッシュプル信号振幅のグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る対物レンズが移動したときのプッシュプル信号振幅のグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る０次回折光と１次回折光との重なり状態を１次回折光を移動させて説明した模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るレンズシフトしていない対物レンズの瞳上での０次回折光と±１次回折光の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る対物レンズがシフトした場合の０次回折光と±１次回折光の説明図である。 従来技術によるレンズシフト時のメインビームとサイドビームのプッシュプル信号振幅のグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るグレーティング構造の概略説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る対物レンズの瞳上での０次回折光と±１次回折光との重なり状態の説明図である。

符号の説明

１ 光ディスク記録再生装置
２ 光ディスク
３ スピンドルモータ
４ 光ピックアップ
５ ドライバ
６ ドライバ制御部
７ アンプ
８ 信号処理部
９ D／Aコンバータ
１０ 入出力部
１１ 記録制御回路
１２ 制御部
１３ レーザ光源
１４ グレーティング
１５ ビームスプリッタ
１６ コリメータレンズ
１７ ミラー
１８ 対物レンズ
１９ 光軸合成素子
２０ 調整レンズ
２１ PD
２２ 第１の発光点
２３ 第２の発光点
２４ ４分割用PD
２５、２６ サブビーム用PD
B、C、E、G、H、I、J、S 領域
K、P、Q 中心軸
M、N 曲線

Claims (18)

1. 光ディスクにレーザ光を照射する光源と、
   前記レーザ光を前記光ディスク上に集光する対物レンズと、
   前記光源からのレーザ光からメインビームとサブビームとを生成すると共に、回折されたサブビームに位相差を与えるような位相構造を有する回折格子であって、位相差を与えられたサブビームの位相構造の周期の略３／２が、前記対物レンズの瞳上での前記光ディスクによる前記サブビームの回折による移動距離となるように、前記光源からのレーザ光を回折する回折格子と
   を具備することを特徴とする光ピックアップ。
2. 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
   前記回折格子は、前記対物レンズの瞳上での前記位相差を与えられたサブビームの位相構造の周期が、fを前記対物レンズの焦点距離、λを前記レーザ光の波長、pを前記光ディスクのトラックピッチ、θを前記光ディスクのトラック方向に対する前記周期の位相構造の角度として、略
   ２／３（f×λ／p）×sinθ
   と表されることを特徴とする光ピックアップ。
3. 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
   前記サブビームに位相差を与える前記回折格子の位相構造の周期は、fを前記対物レンズの焦点距離、λを前記レーザ光の波長、pを前記光ディスクのトラックピッチ、θを前記光ディスクのトラック方向に対する前記周期の位相構造の角度、Lを前記光源の発光点から回折格子の格子面までの光学距離、βを前記発光点から光ディスク上の焦点までの光学倍率として、略
   ２／３（f×λ／p）×（L／（β×f））×sinθ
   と表されることを特徴とする光ピックアップ。
4. 請求項２に記載の光ピックアップにおいて、
   前記位相構造の１つの周期は、その内部に１以上であって４以下の整数nの２倍に略等分割された複数の領域を有することを特徴とする光ピックアップ。
5. 請求項４に記載の光ピックアップにおいて、
   前記複数の領域は、夫々周期溝構造を有し、その隣り合う領域の夫々の周期溝構造が位相差１８０／n度でずれていることを特徴とする光ピックアップ。
6. 請求項２に記載の光ピックアップにおいて、
   前記周期の位相構造の角度θが、４５度以上であって１３５度以下であることを特徴とする光ピックアップ。
7. 請求項２に記載の光ピックアップにおいて、
   前記回折格子は、前記周期の位相構造の角度θが左右対称でその位相構造がV字形状になるように形成されていることを特徴とする光ピックアップ。
8. 請求項２に記載の光ピックアップにおいて、
   前記光源は、第１の波長のレーザ光のみを射出することができることを特徴とする光ピックアップ。
9. 請求項２に記載の光ピックアップにおいて、
   前記光源は、前記第１の波長のレーザ光と前記第１の波長と異なる第２の波長のレーザ光とを射出することができることを特徴とする光ピックアップ。
10. 光ディスクにレーザ光を照射する光源と、
    前記レーザ光を前記光ディスク上に集光する対物レンズと、
    前記光源からのレーザ光からメインビームとサブビームとを生成すると共に、回折されたサブビームに位相差を与えるような位相構造を有する回折格子であって、位相差を与えられたサブビームの位相構造の周期の略３／２が、前記対物レンズの瞳上での前記光ディスクによる前記サブビームの回折による移動距離となるように、前記光源からのレーザ光を回折する回折格子とを具備する光ピックアップを備えることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
11. 請求項１０に記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記光ピックアップの前記回折格子は、前記対物レンズの瞳上での前記位相差を与えられたサブビームの位相構造の周期が、fを前記対物レンズの焦点距離、λを前記レーザ光の波長、pを前記光ディスクのトラックピッチ、θを前記光ディスクのトラック方向に対する前記周期の位相構造の角度として、略
    ２／３（f×λ／p）×sinθ
    と表されることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
12. 請求項１０に記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記サブビームに位相差を与える前記回折格子の位相構造の周期は、前記回折格子上ではfを前記対物レンズの焦点距離、λを前記レーザ光の波長、pを前記光ディスクのトラックピッチ、θを前記光ディスクのトラック方向に対する前記周期の位相構造の角度、Lを前記光源の発光点から回折格子の格子面までの光学距離、βを前記発光点から光ディスク上の焦点までの光学倍率として、略
    ２／３（f×λ／p）×（L／（β×f））×sinθ
    と表されることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
13. 請求項１１に記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記光ピックアップの前記位相構造の１つの周期は、その内部に１以上であって４以下の整数nの２倍に略等分割された複数の領域を有することを特徴とする光ディスク記録再生装置。
14. 請求項１３に記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記光ピックアップの前記複数の領域は、夫々周期溝構造を有し、その隣り合う領域の夫々の周期溝構造が位相差１８０／n度でずれていることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
15. 請求項１１に記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記光ピックアップの前記周期の位相構造の角度θが、４５度以上であって１３５度以下であることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
16. 請求項１１に記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記光ピックアップの前記回折格子は、前記周期の位相構造の角度θが左右対称でその位相構造がV字形状になるように形成されていることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
17. 請求項１１に記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記光ピックアップの前記光源は、第１の波長のレーザ光のみを射出することができることを特徴とする光ディスク記録再生装置。
18. 請求項１１に記載の光ディスク記録再生装置において、
    前記光ピックアップの前記光源は、前記第１の波長のレーザ光と前記第１の波長と異なる第２の波長のレーザ光とを射出することができることを特徴とする光ディスク記録再生装置。

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