JP2007141324A - 光学ピックアップ、光記録再生装置及びフォーカスエラー信号検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対物レンズのオフセットを補正することができ、ビームを光記録媒体のトラック上に高精度に配置することを不要なトラッキングエラー信号検出方法を提供する。
【解決手段】光源と対物レンズとの間に回折素子３を設ける。そしてこの回折素子３に、少なくとも第１及び第２の回折領域３１及び３２を設けて、この第１及び第２の回折領域３１及び３２の格子形状を、その回折による±１次回折光が、光記録媒体の案内溝により発生する０次光と±１次回折光とが重ならないように受光部において受光される格子形状として構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ディスクや光カード等の光記録媒体に対して光学的に情報を記録再生する際に用いる光学ピックアップ、光記録再生装置及びトラッキングエラー信号検出方法に関する。

近年、光記録媒体において、記録密度が異なる種々のタイプの光記録媒体が開発されており、例えばディスク状の光記録媒体では、レーザ光の使用波長が例えば７８０ｎｍ付近であるＣＤ（Compact Disc）、使用波長が６６０ｎｍ付近であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、使用波長が４０５ｎｍ付近であるＢＤ（Blu-ray Disc）、同様に使用波長が４０５ｎｍ付近であるＨＤ−ＤＶＤ（High Definition DVD）等が挙げられる。
これらの光記録媒体においてはその構造がそれぞれ異なり、記録密度を上げるために、ＣＤ型光記録媒体では１．６μｍであったトラックピッチがＤＶＤ型光記録媒体においては０．７４μｍ、ＢＤ型光記録媒体では０．３〜０．３５μｍ程度にトラックピッチが微小化されている。
このように幅が微細化された記録トラックに対し、光源から出射された光を目的とする記録トラック上に精度良く位置させることが必要である。

フォーカスエラーを検出する従来の非点収差法は、検出部のパターンが単純で精度良く検出でき、他の検出信号との相性が良いため、一般的に広く使われている。しかしながら、光記録媒体の案内溝いわゆるグルーブと、これらの間のランドとにおいてオフセットが発生するという問題があった。特にグルーブとランドの位相深さが、光記録媒体に照射する記録及び／又は再生用の光の波長の８分の１に近い光記録媒体では、このオフセットをなくす必要がある。
このグルーブとランドとにおけるオフセットを補正する方法として、光記録媒体のトラック上に３本の光ビームを照射し、受光領域が田の字型に分割された３つの受光素子によりこれらの３本の光ビームを検出して、上述のグルーブとランドとのオフセットをキャンセルする方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

特開２０００−３３９７１８号公報 特開２００３−３０８９２号公報

上記特許文献１に開示された光学的情報再生装置では、光源から光記録媒体に向かういわゆる光の往路において３分割した光を、光記録媒体の記録トラックに対し、精度良く目的とする位置に照射する必要がある。したがって、
（ａ）光記録媒体のトラックに対して、高精度にサブビームを配置しなければならない。
（ｂ）光記録媒体のシーク軸上（半径方向）に高精度にメインビームを配置しなければならない。
（ｃ）上記（ａ）により、サブビームとメインビームとの距離を大きくとることが難しく、受光部の設計が難しい。
（ｄ）トラックピッチの異なる光記録媒体に対し互換性がない。
などの問題がある。
しかしながら、このようなサブビームの位置合わせ精度を緩和することが可能で、且つ精度良く対物レンズのオフセットを補正する方法は提案されていない。

なお、トラックピッチの異なる光記録媒体に対するトラッキングエラー信号検出方法としては、１つの光学ピックアップにより対物レンズのオフセットを補正するプッシュプル信号を得るために、２分割回折格子を用いてビームを５分割する光ディスク装置が提案されている（例えば特許文献２参照。）。この場合、２分割回折格子を用いることによって、種類の異なる光記録媒体に対して異なるトラックピッチの２分の１ずつずらした回折光を照射してプッシュプル信号を得るもので、これにより異なる種類の光ディスクに対し互換性をもってトラッキングエラー信号の検出を行うことを可能としている。
しかしながらこの場合においては、２分割回折格子によってビームを５分割することにより光利用効率が低下し、また依然としてメインビームとサブビームを光記録媒体のトラックに対して、またメインビームをシーク軸上に高精度に配置する必要があるという問題がある。

以上の問題に鑑みて、本発明は、フォーカスエラー検出におけるグルーブとランドとの間のオフセットを補正することが可能であり、且つ、ビームを光記録媒体のトラック上に高精度に配置することが不要な光学ピックアップ、光記録再生装置及びフォーカスエラー信号検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、光源からの光が対物レンズを介して光記録媒体に導かれ、光記録媒体から反射された光が受光部に導かれる光学系と、受光部において検出された光出力をもとに対物レンズを駆動する対物レンズ駆動部を有して成る光学ピックアップ装置であって、光源と対物レンズとの間に回折素子を設ける。そしてこの回折素子に、少なくとも第１及び第２の回折領域を設けて、この第１及び第２の回折領域の格子形状は、その回折による±１次回折光が、光記録媒体の案内溝により発生する０次光と±１次回折光とが重ならないように受光部において受光される格子形状として構成する。
また、本発明は、上述の光学ピックアップにおいて、光源から出射される光の波長をλ、前記対物レンズの開口数をＮＡ、瞳半径をＲ、前記光記録媒体のトラックピッチをｐとすると、
ｄ＝｛λ／（ｐ×ＮＡ）｝×Ｒ ・・・（１）
として表される間隔をもって案内溝による±１次回折光と０次光との重なる領域が、回折素子において第１及び第２の回折領域に分割されて成る構成とする。
更に、本発明は、上述の光学ピックアップにおいて、第１及び第２の回折領域に設けられる回折格子のピッチを異ならせるか、又は、第１及び第２の回折領域に設けられる回折格子の回折方向を異ならせるか、又はその両方の構成とする。

また、本発明による光記録再生装置は、光源からの光が少なくとも対物レンズを介して光記録媒体に入射され、光記録媒体から反射された光が受光部に導かれる光学系と、対物レンズを駆動する対物レンズ駆動部とより成る光学ピックアップを有し、受光部において検出された光出力に基づいて記録及び／又は再生がなされる光記録再生装置であって、光源と対物レンズとの間に回折素子を設ける。そしてこの回折素子に、少なくとも第１及び第２の回折領域を設けて、この第１及び第２の回折領域の格子形状は、その回折による±１次回折光が、光記録媒体の案内溝により発生する０次光と±１次回折光とが重ならないように受光部において受光される格子形状として構成する。

また更に、本発明によるフォーカスエラー信号検出方法は、光源からの光を少なくとも対物レンズを介して光記録媒体に照射し、光記録媒体から反射される光を受光部において検出してフォーカスエラー信号を検出するトラッキングエラー信号検出方法であって、光源と光記録媒体との間に回折素子を配置し、この回折素子に、少なくとも第１及び第２の回折領域を設けて、この第１及び第２の回折領域の格子形状は、その回折による±１次回折光が、光記録媒体の案内溝により発生する０次光と±１次回折光とが重ならないように受光部において受光される格子形状として構成する。そしてこれら第１及び第２の回折領域により回折したそれぞれの±１次回折光と、０次光とが前記光記録媒体において反射した光から、トラッキングエラー信号を検出する。

上述したように、本発明の光学ピックアップ、光記録再生装置及びトラッキングエラー信号検出方法においては、光源と光記録媒体との間に回折素子を設ける。そしてこの回折素子に少なくとも第１及び第２の回折領域を設け、各回折領域によって回折された光が、それぞれ光記録媒体に照射され、光記録媒体において反射されて受光部に入射する際に、この受光部においては、光記録媒体の案内溝によりそれぞれ回折された±１次回折光と、０次光とが重ならないように受光される構成とする。
具体的には、光記録媒体の受光溝で回折された±１次回折光と０次光は、上述の式（１）で示される間隔をもって重なるので、この重なる領域に対応する領域を、回折素子において第１及び第２の回折領域として分割すればよい。
例えば、分割した第１及び第２の回折領域の回折格子のピッチ又は回折方向、若しくはその両方を異ならせることによって、案内溝による０次光と±１次回折光が重ならないように構成することができる。

このような構成とすることによって、回折素子により回折された±１次回折光が光記録媒体に反射されて受光される光には、光記録媒体の案内溝の回折による±１次回折光と０次光との重なりがなく、光記録媒体の案内溝による変調成分がない。このため、これら±１次回折光すなわちサブビームから得られる信号を演算することによって、グルーブとランドとによるオフセットを生じることなく、対物レンズと光記録媒体とのフォーカスエラー信号を得ることができる。
したがって、この本発明の光学ピックアップ、光記録再生装置及びフォーカスエラー信号検出方法によれば、回折素子によって分離した光を光記録媒体のトラック上に、また対物レンズのシーク軸上に高精度に配置する必要がなく、受光部において得られる信号を演算することによって、容易にオフセットを補正したフォーカスエラー信号を検出することができる。

以上説明したように、本発明によれば、グルーブとランドとの間のオフセットを補正してフォーカスエラー信号を検出し、且つ、光記録媒体のトラック上に複数の光ビームを高精度に配置することが不要な光学ピックアップ装置、光記録再生装置及びフォーカスエラー信号検出方法を提供することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１においては、本発明によるフォーカスエラー信号検出方法を実現する光学ピックアップ１を含む光記録再生装置の一例の要部の概略構成図を示す。
この光記録再生装置１００は、半導体レーザ等より成る光源２と、光源２から出射される光を光記録媒体１０、例えば光ディスクに入射させる光学系とを有する。この光学系は、この場合、後述する回折領域を有する回折素子３、偏光ビームスプリッタ４、コリメータレンズ等より成るレンズ５、４分の１波長板６と、対物レンズ７とより構成される。また、光記録媒体１０から反射された光を受光部９に導く光学系を有し、この場合対物レンズ７、４分の１波長板６、レンズ５、偏光ビームスプリッタ４、例えば３次の非点収差を与えるマルチレンズ等のレンズ８とより構成する。
対物レンズ７には、２軸アクチュエータ等のアクチュエータ１２を有する対物レンズ駆動部１１が接続される。また、光記録媒体１０は、スピンドルモータ等の回転駆動部１６上に載置固定されて、記録再生時には所定の速度で回転される。受光部８において検出された信号は演算回路１５に出力される。なお、本発明の光学ピックアップ１に破線を付して示す。

このような構成において、光源２から出射された例えばレーザ光は、後述する回折領域を有する回折素子３により回折され、偏光ビームスプリッタ４に入射されてその偏光面において反射され、コリメータレンズ等のレンズ５により平行光とされて、４分の１波長板６を通過して対物レンズ７を介して光記録媒体１０の記録トラック上に入射される。
光記録媒体１０から反射された光は、対物レンズ７を介して４分の１波長板６、レンズ５を通過する。４分の１波長板を２回通過した光は偏光ビームスプリッタ４において偏光方向が変換されて偏光面を通過し、レンズ８を介して受光部９の受光面上に入射される。

この受光部９は、後述の図３、図４及び図６に示すように、光記録媒体１０のトラックの並ぶ方向及びこれとほぼ直交するトラックの延長方向（いわゆるトラック方向）に対応する方向に４分割された受光領域を有する第１〜第５の受光素子より構成する。すなわち光記録媒体１０が円盤状の光ディスクの場合は、トラックのラディアル（半径）方向とタンジェンシャル（接線）方向とに対応する方向に各受光素子を４分割する。なお、受光部９の各受光素子の分割線の交点は、光記録媒体から反射されて受光部９に入射する光の強度分布の強度中心がほぼ一致するように受光部９が配置される。

そして、受光部９において検出された光出力は、演算回路１５においてＲＦ（高周波）信号、ＴＥ（トラッキングエラー）信号、ＦＥ（フォーカスエラー）信号がそれぞれ演算される。ＲＦ信号は例えば演算回路においてアナログ／デジタル変換、エラー訂正などの処理がなされて記録再生信号として出力され、ＴＥ信号は光ヘッド駆動部１３及び／又は対物レンズ駆動部１１に、またＦＥ信号は対物レンズ駆動部１１に出力されて、フォーカスサーボ、トラッキングサーボがなされる。
なお、ＴE信号検出は例えば後述する４分割した５つの受光素子より成る受光部からの信号を演算して検出することができる。また、その他の方法によりＴＥ信号を得ることも可能である。

次に、フォーカスエラー信号の検出方法について説明する。
光記録媒体の案内溝（グルーブ）によって回折する±１次回折光は、０次光と、上記式（１）、すなわち
ｄ＝｛λ／（ｐ×ＮＡ）｝×Ｒ ・・・（１）
のオフセット量ｄをもって０次光と重なる。ここでλは波長、ｐは案内溝の周期、ＮＡは対物レンズの開口数、Ｒは瞳半径を表す。この重なった領域が案内溝の回折による変調成分（プッシュプル信号）であり、グルーブとランドとでオフセットが生じる主要因となっているものである。

そこで例えば、図２Ａに回折素子の一例の概略平面構成を示すように、光記録媒体のトラックの並ぶ方向に分割される回折素子、すなわちトラックの延長方向（トラック方向）に沿う分割線をもって分割される第１及び第２の回折領域３１及び３２を設けた回折素子３を用いる場合を考える。図２Ａにおいて、光記録媒体のトラックの延長方向（ディスク状媒体の場合タンジェンシャル方向）に対応する方向を矢印ｙ、これとほぼ直交するトラックの並ぶ方向（ディスク状媒体の場合ラディアル方向）と対応する方向を矢印ｘとして示す。このとき、図２Ａにおいて例えば右半分の第１の回折領域３１からの光は、
｛λ／（ｐ×ＮＡ）｝×Ｒ＜Ｒ ・・・（２）
という条件が成り立つときは、０次光と±１次回折光が重なることはない。
この様子を図２Ｂに示す。図２Ｂにおいては、光記録媒体の案内溝による０次光Ｌ（０）と±１次回折光Ｌ（＋１）、Ｌ（−１）が重なっている様子を示す。重なった領域Ｐ１、Ｐ２の信号がプッシュプル変調成分である。
この０次光Ｌ（０）と、±１次回折光Ｌ（＋１）及びＬ（−１）が間隔ｄをもって重なっているとすると、ｄ＞Ｒのとき、図２Ａに示す例えば右半分の斜線を付して示す領域、すなわち第１の回折領域からの±１次回折光をサブビームとして光記録媒体に照射して反射した戻り光には、その案内溝で回折される０次光、±１次回折光の重なる領域がなくなることがわかる。

したがって、このような条件が成り立つ回折光を回折格子によって生成し、且つ、この光が光記録媒体の案内溝で回折された回折光が受光部において分離するように、回折格子の格子形状、具体的には回折格子のピッチ又は回折方向又はその両方を選定し、これに対応する受光部を配置することによって、サブビームすなわち第１及び第２の回折領域からの各±１次回折光を検出すれば、グルーブとランドとによるオフセットの生じないフォーカスエラー信号を検出することが可能となる。

図３は、上述の図２Ａに示す回折素子を用いてこのように分離された光を第１〜第５の受光素子より成る受光部において検出した場合の概略平面構成図を示す。この場合、回折素子３の回折領域３１及び３２は、それぞれその回折格子のピッチを異ならせ、回折方向をほぼ同一方向とした場合を示す。
フォーカスエラー信号を得るために、前述の図１に示す光学ピックアップ１において、マルチレンズ８に非点収差を与えるため、光ビームはトラックの延長方向から９０°回転した状態で受光部９に受光される。
図３に示すように、この受光部９は、０次光を受光する第１の受光素子９０を中央部に配置して、その左右に、例えば前述の第１の回折領域３１から回折される＋１次回折光を受光する第２の受光素子９１ａ、−１次回折光を受光する第３の受光素子９１ｂ、第２の回折領域３２から回折される＋１次回折光を受光する第４の受光素子９２ａ、第２の回折領域３２から回折される−１次回折光を受光する第５の受光素子９２ｂとより構成される。受光素子９０はＲＦ信号検出用として用いる。また、後述するトラッキングエラー信号検出に用いてもよい。
そしてこの場合、第１及び第２の回折領域３１及び３２から回折される光がこのように受光部９において分離されるように、各回折領域３１及び３２における回折格子のピッチが選定される。

なお、回折格子の回折方向を第１及び第２の回折領域において異ならせることによって、例えば図４に示すように、第１及び第２の回折領域において回折された光が０次光に対し異なる方向に分離するようにしてもよい。この場合は、回折素子３の各領域３１及び３２における回折格子の回折方向を異ならせ、回折ピッチをほぼ同一とした場合を示す。図４において、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
そしてこれらの受光素子９０、９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂは、それぞれトラックの延長方向とこれとほぼ直交するトラックの並ぶ方向、すなわち光記録媒体が円盤状光ディスクの場合はトラックのタンジェンシャル方向とラディアル方向とに沿って４分割される。図３及び図４においては、トラックの延長方向を矢印ｙ、これとはほぼ直交するトラックの並ぶ方向を矢印ｘで示す。なお、後述するトラッキングエラー信号検出方法において検出が必要な対物レンズのオフセットは、矢印ｘで示す方向に生じる。

回折素子の回折領域は、上述の図２Ａにおいて説明した形状に限定されるものではなく、例えば図５Ａに示すように、トラックの並ぶ方向と、これとはほぼ直交するトラックの延長方向とに４分割された回折素子３を用いることもできる。
この場合、第１の回折領域３１としては、４分割された対角線上に対向する領域３１ａ及び３１ｂより構成し、第２の回折領域３２としては、同様に対角線上に対向する領域３２ａ及び３２ｂより構成する。
このような回折素子３を用いる場合は、図５Ｂに示すように、光記録媒体の案内溝において回折される０次光Ｌ（０）と、±１次回折光Ｌ（±１）が重ならない状態で受光部９に受光される。図５Ｂにおいて、第１の回折領域３１から回折された光を受光する領域に斜線を付して示す。図５Ａ及びＢにおいて、図２Ａ及びＢと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

図６においては、この分離された回折光を受光する受光部９の一例の概略平面構成を示す。図６において、図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合においても、各受光素子９０、９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂはそれぞれ、トラックの延長方向（矢印ｙ）及びこれとほぼ直交するトラックの並ぶ方向（矢印ｘ）に沿って４分割される。

上述したように、本発明においては、グルーブによる変調成分のない信号を得ることができることから、それぞれのビームにおいて非点収差法でフォーカスエラーを検出し、足し合わせれば、グルーブ及びランド間でオフセットの全く発生しないフォーカスエラー信号を得ることができる。

一例として、上述の構成の光学ピックアップにより得られる受光部でのスポット形状の概略平面構成を図７に示す。この例においては、前述の図２Ａにおいて説明したように、光記録媒体のトラックの並ぶ方向に２分割した回折素子３３を用いて、また受光部として前述の図３に示す構成の受光部を用いる場合の、対物レンズと光記録媒体との距離の違いによって生じる受光部での各スポット形状の変化を示す。図２Ａに示す回折素子３の第１及び第２の回折領域３１及び３２からの＋１次回折光を受光する両受光素子９１ａ及び９２ａにおいて、光記録媒体と対物レンズとの距離が近い場合から遠い場合まで、それぞれ９１ａ１〜９１ａ５、９２ａ１〜９２ａ５として示す。光記録媒体と対物レンズとの距離が適切である場合は受光素子９１ａ３及び９２ａ３で示すように、ほぼ真円に近いスポット形状であり、距離が近いほど、また遠いほど受光素子９１ａ、９２ａの４分割された受光領域の対角線上に、スポット形状が引き伸ばされることがわかる。したがって、この対角線上の受光領域の信号の和をとり、その差を演算することによって、フォーカスエラー信号を検出することができる。

図８は、前述の図５Ａに示すように、光記録媒体のトラックの並ぶ方向及びこれとほぼ直交するトラックの延長方向に４分割して対角線上に第１及び第２の回折領域を設けた回折素子３を用いて、また受光部として前述の図６において説明した受光部を用いる場合の、対物レンズと光記録媒体との距離の違いによって生じる受光部での各スポット形状の変化を示す。図８において、図７と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合においても、各受光素子９１、９２の対角線上の受光領域の信号の和をとり、その差を演算することによって、フォーカスエラー信号を検出することができる。

すなわちフォーカスエラー信号ＥＦＳは、前述の図３及び図４に示す第１〜第５の受光素子９０、９１ａ及び９１ｂ、９２ａ及び９２ｂの構成において、その各受光領域から得られる信号を、図３及び図４に示す受光領域の例えば右回りにそれぞれＡ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ４、Ｄ１〜Ｄ４、Ｅ１〜Ｅ５とすると、
ＦＥＳ＝ＦＥＢ＋ＦＥＣ＋ＦＥＤ＋ＦＥＥ ・・・（３）
ＦＥＢ＝（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４） ・・・（４）
ＦＥＣ＝（Ｃ１＋Ｃ３）−（Ｃ２＋Ｃ４） ・・・（５）
ＦＥＤ＝（Ｄ１＋Ｄ３）−（Ｄ２＋Ｄ４） ・・・（６）
ＦＥＥ＝（Ｅ１＋Ｅ３）−（Ｅ２＋Ｅ４） ・・・（７）
より得られる。

図９は、上記式（３）〜（７）の演算を行う演算回路の一実施形態例の構成図である。
受光部９の例えば第２〜第５の受光素子において検出された光量Ｂ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ４、Ｄ１〜Ｄ４、Ｅ１〜Ｅ４は、図示しない電流−電圧変換増幅器によりそれぞれ電圧変換された検出信号とされ、加算器６１〜６８においてそれぞれ、矢印ｘ及びｙで示すトラックの並ぶ方向及びこれとほぼ直交するトラックの延長方向に分割された受光領域のたすきがけの領域の和信号、Ｂ１＋Ｂ３、Ｂ２＋Ｂ４、Ｃ１＋Ｃ３、Ｃ２＋Ｃ４、Ｄ１＋Ｄ３、Ｄ２＋Ｄ４、Ｅ１＋Ｅ３、Ｅ２＋Ｅ４が演算され、減算器６９〜７２においてそれぞれ（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）すなわちＦＥＢと、（Ｃ１＋Ｃ３）−（Ｃ２＋Ｃ４）すなわちＦＥＣ、（Ｄ１＋Ｄ３）−（Ｄ２＋Ｄ４）すなわちＦＥＤ、更に（Ｅ１＋Ｅ３）−（Ｅ２＋Ｅ４）すなわちＦＥＥが演算される。そして更に、加算器７３、７４、７５によりＦＥＢ＋ＦＥＣ＋ＦＥＣ＋ＦＥＤが加算されて、フォーカスエラー信号ＦＥＳとして出力される。

上述の光学ピックアップ及び光記録再生装置において、光記録媒体のグルーブ（案内溝）とランドの位相深さがλ／８（λは記録及び／又は再生用の光の波長）の場合に得られる信号出力を解析した結果を図１０〜図１３に示す。
図１０Ａ及びＢは、通常の非点収差法によるフォーカスエラー信号をシミュレーションした一例を示す。図１０Ｂは、図１０Ａにおけるデフォーカスを拡大した結果を示す。
グルーブの場合とランドとの場合とで、実線Ｇ１及びＬ１で示すように、オフセットが発生していることがわかる。

これに対し、図１１〜図１３においては、前述の回折素子の第１の領域から得られる非点収差法によるフォーカスエラー信号、第２の領域から得られる非点収差法によるフォーカスエラー信号、第１及び第２の領域から得られる非点収差法によるフォーカスエラー信号の和をそれぞれ示す。また、図１１Ｂ、図１２Ｂ及び図１３Ｂにおいては、図１１Ａ、図１２Ａ及び図１３Ａにおけるデフォーカスを拡大した結果をそれぞれ示す。
これら図１１〜図１３の結果から、第１の領域、第２の領域から得られるフォーカスエラー信号は、それぞれ実線Ｇ２〜Ｇ４、Ｌ２〜Ｌ４で示すように、グルーブの場合とランドの場合とでオフセットが発生せず、信号は一致していることが明らかである。
すなわち、グルーブとランドとでオフセットの発生しないフォーカスエラー信号を得ることができることがわかる。

図１４Ａは、前述の図２Ａにおいて説明した回折素子の一実施形態例の概略平面構成図を示し、図１４Ｂ及びＣは、図３において説明した受光部９の配置とする場合の、光記録媒体のトラック上の各ビーム形状の各例の概略平面構成図である。
本発明においては、光記録媒体のトラック１０１に対し、回折素子３の第１及び第２の回折領域３１及び３２において回折したそれぞれの±１次回折光、すなわち図１４Ｂ及びＣに示すビームスポットＳ１ａ及びＳ１ｂ、Ｓ２ａ及びＳ２ｂは、０次光のビームスプリッタＳ０に対して、間隔及び方向を任意に選定することができ、第１及び第２の回折領域３１及び３２からの±１次回折光がそれぞれ図１４Ｂに示すようにトラック１０１上に配列されていてもよく、また、図１４Ｃに示すように、トラック１０１の延長する方向に対し、破線ｂで示すように、任意の角度に傾いた方向に配列されていてもよく、光記録媒体１０上において分離されていればよい。

また、図１５Ａは、前述の図２Ａにおいて説明した回折素子の一実施形態例の概略平面構成図を示し、図１５Ｂは、図４において説明した受光部９の配置とする場合の、光記録媒体のトラック上の各ビーム形状の各例の概略平面構成図である。
更に、図１６Ａは、前述の図５Ａにおいて説明した回折素子の一実施形態例の概略平面構成図を示し、図１６Ｂは、図６において説明した受光部９の配置とする場合の、光記録媒体のトラック上の各ビーム形状を同様に示す概略平面構成図である。図１５Ａ及びＢ、図１６Ａ及びＢにおいて、図１４Ａ〜Ｃと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
これら図１４〜図１６に示すように、本発明においては、回折素子により少なくとも５つのビームを形成して光記録媒体に照射するが、そのビームの配置位置は、精度良くトラック上に配置する必要がなく、また０次光を光学ピックアップのシーク軸上に精度良く配置する必要もない。

以上説明したように、本発明の光学ピックアップ、光記録再生装置及びフォーカスエラー信号検出方法によれば、プッシュプル成分のないサブビームを生成することで、グルーブとランドとでオフセットが発生しないフォーカスエラー信号を良好に得ることができる。また、このことにより、
（Ａ）光記録媒体の案内溝に対するサブビームの位置を高精度に保つ必要がない。
（Ｂ）光記録媒体に対して、光ピックアップのシーク軸上以外に、対物レンズを配置することができる。
（Ｃ）メインビームからサブビームまでの距離を任意に設定できる。すなわち戻り光学系の光学倍率を任意に設定することができ、受光部における受光素子間の間隔を十分とることができて、信号再生特性の向上を図ることが可能である。
（Ｄ）トラックピッチの異なる光記録媒体に対する互換性をもってフォーカスエラー信号を検出することができる。

次に、本発明構成の光学ピックアップ及び光記録再生装置において用いる回折素子を利用して、トラッキングエラー信号を検出する方法について説明する。
従来のトラッキング方法としては、プッシュプル法における対物レンズのオフセット、すなわち対物レンズの光軸ずれに対する補正を行う方法として、ＤＰＰ（Differential Push-Pull）法が広く用いられている（例えば特公平４−３４２１２号公報。）
このＤＰＰ法は、光源から光記録媒体に向かう光を３分割し、真ん中のメインビームに対して両側のサブビームを、光記録媒体の盤面上における半径方向に、記録トラックのトラックピッチの２分の１だけずらした位置に精度良く照射し、これらの光を受光部において検出して、対物レンズのオフセットをキャンセルしようとするものである。
したがって、ＤＰＰ法においても、光ビームを精度良く光記録媒体のトラック上に位置合わせする必要があった。
これに対し、本発明の光学ピックアップ及び光記録再生装置において用いる回折素子を利用することによって、上述したように、回折素子によって回折した±１次回折光は、プッシュプル変調成分を含まないことから、これらから対物レンズのオフセットを検出することによって、良好にプッシュプル信号を得ることができ、このような不都合を回避することができる。以下これを説明する。

一例として、前述の図３において説明した受光部９の配置とする例について説明する。この場合、トラックの並ぶ方向に分割した領域、すなわちトラックの延長方向に沿う分割線をもって分割した領域の差信号（すなわちラディアル方向の差信号）が対物レンズのオフセットであることから、トラッキングエラー信号ＴＥＳは、
ＴＥＳ＝ＰＰＡ−｛ｋ１×（ＰＰＣ＋ＰＰＥ）−ｋ２×（ＰＰＡ＋ＰＰＤ）｝・・（８）
ＰＰＡ＝（Ａ１＋Ａ４）−（Ａ２＋Ａ３） ・・（９）
ＰＰＢ＝（Ｂ１＋Ｂ４）−（Ｂ２＋Ｂ３） ・・（１０）
ＰＰＣ＝（Ｃ１＋Ｃ４）−（Ｃ２＋Ｃ３） ・・（１１）
ＰＰＤ＝（Ｄ１＋Ｄ４）−（Ｄ２＋Ｄ３） ・・（１２）
ＰＰＥ＝（Ｅ１＋Ｅ４）−（Ｅ２＋Ｅ３） ・・（１３）
として得られる。なお、ｋ１及びｋ２は任意定数であり、入射光の強度分布や回折素子の回折光量比などによる違いを補正する補正係数である。
この演算を図１に示す演算回路１５において行うことによって、トラッキングエラー信号ＴＥＳを得ることができる。

なお、回折素子の回折領域は、上述の図２Ａにおいて説明した形状に限定されるものではなく、フォーカスエラー信号を得る場合と同様に、例えば図５Ａに示すように、トラックの並ぶ方向と、これとは直交するトラックの延長方向とに４分割された回折素子３を用いることもできる。図５において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この演算によって、図１７に示すように、実線ａ１で示すメインビームのトラッキングエラー信号ＰＰＡに対し対物レンズのオフセットによって加算されていた実線ａ２で示す直流成分、すなわちサブビームのプッシュプル成分が補正され、実線ａ３で示す本来のトラッキングエラー信号成分ＴＥＳのみを検出することができることとなる。

図１８は、上記式（８）〜（１３）の演算を行う演算回路の一実施形態例の構成図である。
受光部９の例えば第１〜第５の受光素子において検出された光量Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ４、Ｄ１〜Ｄ４、Ｅ１〜Ｅ４は、図示しない電流−電圧変換増幅器によりそれぞれ電圧変換された検出信号とされ、加算器４１〜５０においてそれぞれ、矢印ｙで示すトラックの延長方向に分割された受光領域の和信号、Ａ１＋Ａ４、Ａ２＋Ａ３、Ｂ１＋Ｂ４、Ｂ２＋Ｂ３、Ｃ１＋Ｃ４、Ｃ２＋Ｃ３、Ｄ１＋Ｄ４、Ｄ２＋Ｄ３、Ｅ１＋Ｅ４、Ｅ２＋Ｅ３が演算され、減算器５１〜５５においてそれぞれ（Ａ１＋Ａ４）−（Ａ２＋Ａ３）すなわちＰＰＡと、（Ｂ１＋Ｂ４）−（Ｂ２＋Ｂ３）すなわちＰＰＢ、（Ｃ１＋Ｃ４）−（Ｃ２＋Ｃ３）すなわちＰＰＣ、（Ｄ１＋Ｄ４）−（Ｄ２＋Ｄ３）すなわちＰＰＤ、更に（Ｅ１＋Ｅ４）−（Ｅ２＋Ｅ３）すなわちＰＰＥが演算される。そして更に、加算器５６、５７によりＰＰＣ＋ＰＰＥ、ＰＰＢ＋ＰＰＤが加算されて、それぞれ係数ｋ１、ｋ２が乗算器ｋ１、ｋ２により乗算されて減算器５８、５９においてプッシュプル信号ＰＰＡからｋ１×（ＰＰＣ＋ＰＰＥ）、ｋ２×（ＰＰＡ＋ＰＰＤ）が減算されてトラッキングエラー信号ＴＥＳとして出力される。

以上説明したように、本発明の光学ピックアップ、光記録再生装置においては、光源と光記録媒体との間に回折素子を設け、上述したようにこの回折素子に少なくとも第１及び第２の回折領域を設け、それぞれの領域で回折される±１次回折光が、光記録媒体の案内溝で回折される±１次回折光と０次光とが重ならないように分割することによって、グルーブとランドとでオフセットが発生しないフォーカスエラー信号を得ることができるとともに、対物レンズのオフセットを補正したトラッキングエラー信号を得ることができることがわかる。

なお、回折素子の分割する回折領域は、前述のトラックの並ぶ方向に２分割、またトラックに沿う方向及びトラックの延長方向に４分割する場合に限定されることなく、その他種々の形状とすることができる。
例えば、図１９にその一例の概略平面構成図を示すように、矢印ｙで示すトラックの延長方向に沿って２分割し、矢印ｘで示すトラックの並ぶ方向に沿って３分割することによって、合計６分割とすることも可能である。
この場合は、斜線を付して示すように、第１の回折領域３１として、各分割線の対角線上の領域３１ａ〜３１ｃ、第２の回折領域３２として、反対方向の対角線上の領域３２ａ〜３２ｃを設けるものである。図１９中破線を付して示すように、プッシュプル変調成分となる領域、すなわち案内溝による±１次回折光と０次光との重なる領域Ｐ１及びＰ２が、両回折領域３１及び３２とで分割されていることがわかる。

また、図２０に示すように、例えばトラックの延長方向に対し横向きのＶ字状の分割線をもって第１及び第２の回折領域３１及び３２を設け、例えば第１の回折領域３１に上述した案内溝による±１次回折光と０次光との重なる領域Ｐ２が含まれ、第２の回折領域３２に領域Ｐ１が含まれるように分割することもできる。
更に、図２１に示すように、この領域Ｐ１と同一の領域を第２の回折領域３２とし、残りの領域を第１の回折領域３１としてもよい。
更にまた、図２２に示すように、第１の回折領域３１が、領域Ｐ１、Ｐ２を矢印ｘで示す方向に沿って２分割した半分の領域を含み、残りの領域を第２の回折領域３２とすることもできる。
すなわち、それぞれの回折領域における領域Ｐ１、Ｐ２を横方向（矢印ｘで示すトラックの並ぶ方向）にずらしたときに重ならないように、第１及び第２の回折領域３１及び３２を分割すればよいといえる。

以上説明したように、本発明によれば、光記録媒体のトラック上に複数のビームを照射してグルーブとランドとによるオフセットの発生しないフォーカスエラー信号を容易に得ることができるとともに、複数のビームをトラックに対して精度良く配置する必要がなく、また光学ピックアップのシーク軸上に精度良く配置する必要がないことから、光学ピックアップの組み立て工程の簡易化を図ることができるとともに、トラックピッチの異なる光記録媒体に対しても対応することが可能となるという利点を有する。
また、ビームの配置間隔を適宜選定できることから、受光部における受光素子の間隔を従来に比して大とすることができ、設計自由度を高めることができ、また受光素子の感度の低下を回避して、記録再生特性の低下を抑制ないし回避することが可能である。
更に、トラックピッチの異なる光記録媒体に対して互換性をもって光学ピックアップ、光記録再生装置を構成することができる。
更にまた、本発明の光学ピックアップ及び光記録再生装置において用いる回折素子を利用して、対物レンズのオフセットを補正したトラッキングエラー信号を得ることもでき、フォーカスサーボ、トラッキングサーボ共に良好に行うことができる光学ピックアップ及び光記録再生装置を提供することができる。

なお、本発明によるフォーカスエラー信号検出方法、光学ピックアップ及び光記録再生装置は、上述の実施形態例に限定されるものではなく、例えば回折素子として上述の例に挙げた構成のほか、本発明構成を逸脱しない範囲において種々の形状の回折格子を用いることができる。
また、対象とする光記録媒体として光磁気記録媒体を用いる場合は、図１に示す光学ピックアップにおいて磁気印加手段を設けるなど、本発明の光学ピックアップ及び光記録再生装置はその他種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
更にまた、本発明のフォーカスエラー信号検出方法、光学ピックアップ及び光記録再生装置は、再生専用、追記型、記録可能型等、種々の記録再生態様の光記録媒体に対し適用することができる。すなわち、光記録再生装置における記録再生方法は、凹凸ピットによる記録再生のほか、色素型、相変化型、光磁気記録方法などいずれの方法による場合においても本発明を適用することが可能である。

本発明の光学ピックアップを含む光記録再生装置の一実施形態例の概略構成図である。 Ａは本発明の光学ピックアップ及び光記録再生装置に用いる回折素子の一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明の光学ピックアップ及び光記録再生装置に用いる回折素子の一実施形態例の受光部における光ビーム形状の説明図である。 本発明の光学ピックアップの受光部の一実施形態例の概略平面構成図である。 本発明の光学ピックアップの受光部の一実施形態例の概略平面構成図である。 Ａは本発明の光学ピックアップ及び光記録再生装置に用いる回折素子の一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明の光学ピックアップ及び光記録再生装置に用いる回折素子の一実施形態例の受光部における光ビーム形状の説明図である。 本発明の光学ピックアップの受光部の一実施形態例の概略平面構成図である。 本発明の光学ピックアップの受光部の一実施形態例における対物レンズと光記録媒体との距離に対するスポット形状の変化を示す概略平面構成図である。 本発明の光学ピックアップの受光部の一実施形態例における対物レンズと光記録媒体との距離に対するスポット形状の変化を示す概略平面構成図である。 本発明による光記録再生装置の演算回路の一実施形態例の概略構成図である。 Ａ及びＢは通常の非点収差法によるフォーカスエラー信号の一例を示す図である。 Ａ及びＢは本発明の光学ピックアップに用いる回折素子の第１の回折領域によるフォーカスエラー信号の一例を示す図である。 Ａ及びＢは本発明の光学ピックアップに用いる回折素子の第２の回折領域によるフォーカスエラー信号の一例を示す図である。 Ａ及びＢは本発明の光学ピックアップに用いる回折素子の第１及び第２の回折領域によるフォーカスエラー信号の和の一例を示す図である。 Ａは本発明の光学ピックアップに用いる回折素子の一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂ及びＣは本発明の光学ピックアップにおける光記録媒体のトラック上の光ビームの照射態様を示す概略平面構成図である。 Ａは本発明の光学ピックアップに用いる回折素子の一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明の光学ピックアップにおける光記録媒体のトラック上の光ビームの照射態様を示す概略平面構成図である。 Ａは本発明の光学ピックアップに用いる回折素子の一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明の光学ピックアップにおける光記録媒体のトラック上の光ビームの照射態様を示す概略平面構成図である。本発明による光記録再生装置の演算回路の一実施形態例の概略構成図である。 本発明の光学ピックアップにより検出されるトラッキングエラー信号の一例を示す図である。 本発明の光記録再生装置の演算回路の一実施形態例の概略構成図である。 本発明の光学ピックアップに用いる回折素子の一実施形態例の概略平面構成図である。 本発明の光学ピックアップに用いる回折素子の一実施形態例の概略平面構成図である。 本発明の光学ピックアップに用いる回折素子の一実施形態例の概略平面構成図である。 本発明の光学ピックアップに用いる回折素子の一実施形態例の概略平面構成図である。

符号の説明

１．光学ピックアップ、２．光源、３．回折素子、４．偏光ビームスプリッタ、５．レンズ、６．波長板、７．対物レンズ、８．レンズ、９．受光部、１０．光記録媒体、１１．対物レンズ駆動部、１２．アクチュエータ、１３．光ヘッド駆動部、１５．演算回路、１６．回転駆動部、３１．第１の回折領域、３２．第２の回折領域、４１〜５９．アンプ、６１〜７５．アンプ、９０．第１の受光素子、９１ａ．第２の受光素子、９１ｂ．第３の受光素子、９２ａ．第４の受光素子、９２ｂ．第５の受光素子、１００．光記録再生装置、１０１．トラック

Claims (10)

1. 光源からの光が対物レンズを介して光記録媒体に導かれ、前記光記録媒体から反射された光が受光部に導かれる光学系と、前記受光部において検出された光出力をもとに前記対物レンズを駆動する対物レンズ駆動部を有して成る光学ピックアップ装置であって、
   前記光源と前記対物レンズとの間に回折素子が設けられ、
   前記回折素子には、少なくとも第1及び第２の回折領域が設けられ、
   前記第１及び第２の回折領域の格子形状は、その回折による±１次回折光が、前記光記録媒体の案内溝により発生する０次光と±１次回折光とが重ならないように前記受光部において受光される格子形状とされる
   ことを特徴とする光学ピックアップ。
2. 前記光源から出射される光の波長をλ、前記対物レンズの開口数をＮＡ、瞳半径をＲ、前記光記録媒体のトラックピッチをｐとすると、
   ｄ＝｛λ／（ｐ×ＮＡ）｝×Ｒ
   として表される間隔をもって前記案内溝で回折される±１次回折光と０次光との重なる領域が、前記回折素子において前記第１及び第２の回折領域に分割されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ。
3. 前記第１及び第２の回折領域に設けられる回折格子のピッチが異なる
   ことを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ。
4. 前記第１及び第２の回折領域に設けられる回折格子の回折方向が異なる
   ことを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ。
5. 前記回折素子の前記第１及び第２の回折領域は、前記光記録媒体のトラックの並ぶ方向に２分割された領域とされる
   ことを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ。
6. 前記回折素子の前記第１及び第２の回折領域は、前記光記録媒体のトラックの並ぶ方向及びトラックの延長方向に４分割された領域の、対角線上の領域とされる
   ことを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ。
7. 前記受光部は、第１〜第５の受光素子より構成され、
   前記第１〜第５の受光素子は、前記回折素子の前記第１及び第２の回折領域による±１次回折光の回折方向に対応する方向に配置され、
   前記第１〜第５の受光素子がそれぞれ、前記光記録媒体のトラックの並ぶ方向及びトラックの延長方向に４分割されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の光学ピックアップ。
8. 光源からの光が少なくとも対物レンズを介して光記録媒体に入射され、前記光記録媒体から反射された光が受光部に導かれる光学系と、前記対物レンズを駆動する対物レンズ駆動部とより成る光学ピックアップを有し、前記受光部において検出された光出力に基づいて記録及び／又は再生がなされる光記録再生装置であって、
   前記光源と前記対物レンズとの間に回折素子が設けられ、
   前記回折素子には、少なくとも第1及び第２の回折領域が設けられ、
   前記第１及び第２の回折領域の格子形状は、その回折による±１次回折光が、前記光記録媒体の案内溝により発生する０次光と±１次回折光とが重ならないように前記受光部において受光される格子形状とされる
   ことを特徴とする光記録再生装置。
9. 光源からの光を少なくとも対物レンズを介して光記録媒体に照射し、前記光記録媒体から反射される光を受光部において検出してフォーカスエラー信号を検出するフォーカスエラー信号検出方法であって、
   前記光源と前記光記録媒体との間に回折素子を配置し、
   前記回折素子に、異なるピッチを有する第１及び第２の回折領域を設け、
   前記第１及び第２の回折領域の格子形状を、その回折による±１次回折光が、前記光記録媒体の案内溝により発生する０次光と±１次回折光とが重ならないように前記受光部において受光される格子形状として、
   前記第１及び第２の回折領域により回折したそれぞれの±１次回折光が前記光記録媒体において反射した光から、フォーカスエラー信号を検出する
   ことを特徴とするフォーカスエラー信号検出方法。
10. 前記受光部を、４分割された受光領域を有する第１〜第５の受光素子より構成し、
    前記第１の受光素子が０次光、前記第２及び第３の受光素子が前記回折素子の第１の回折領域により回折される±１次回折光を受光し、前記第４及び第５の受光素子が前記回折素子の第２の回折領域により回折される±１次回折光を受光し、
    前記第２〜第５の受光素子の各受光領域から得られる信号を、受光領域の右回りにそれぞれＢ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ４、Ｄ１〜Ｄ４、Ｅ１〜Ｅ５とすると、フォーカスエラー信号ＦＥＳを、
    ＦＥＳ＝ＦＥＢ＋ＦＥＣ＋ＦＥＤ＋ＦＥＥ
    ＦＥＢ＝（Ｂ１＋Ｂ３）−（Ｂ２＋Ｂ４）
    ＦＥＣ＝（Ｃ１＋Ｃ３）−（Ｃ２＋Ｃ４）
    ＦＥＤ＝（Ｄ１＋Ｄ３）−（Ｄ２＋Ｄ４）
    ＦＥＥ＝（Ｅ１＋Ｅ３）−（Ｅ２＋Ｅ４）
    とする
    ことを特徴とする請求項９記載のフォーカスエラー信号検出方法。