JP2008176899A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インライン型ＤＰＰ方式の利点を保持したまま、案内溝のピッチが異なる複数の光情報記録媒体に対して安定したトラッキング誤差検出を行う光ピックアップ装置を実現できるようにする。
【解決手段】ピックアップ装置は、光源から出射された出射光ビームを少なくとも３本の光ビームに分岐する回折格子１２を備えている。回折格子１２は、光情報記録媒体のトラックの接線に対して平行方向に延びる直線により４つの領域に分割されている。第２の領域１２Ｂにおける周期構造の位相は、第３の領域１２Ｃにおける周期構造の位相と略１８０度異なり、第１の領域１２Ａにおける周期構造の位相は、第４の領域１２Ｄにおける周期構造の位相と略１８０度異なる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光情報記録媒体に対する情報の記録及び光情報記録媒体に記録された情報の再生又は消去等の処理を行う光学式情報処理装置に用いる光ピックアップ装置に関する。

ＣＤ（Compact Disc）及びＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光情報記録媒体（光ディスク）からの記録の読み出しは、半導体レーザ装置等の光源から出射された光ビームを、対物レンズを用いて光ディスクの記録トラック上に集光し、光ディスクからの反射光を光検出器で電気信号に変換することにより行う。高速回転する光ディスクに対して、所望の記録トラックに正確に光ビームを集光するために、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号の検出を行い、光ディスクの面ぶれ及び偏芯等にあわせて対物レンズの位置制御を行う。

トラッキングエラー信号の代表的な検出方法として、差動プッシュプル（ＤＰＰ）方式が知られている。ＤＰＰ方式は、光ビームをメインビームと＋１次回折光及び−１次回折光との３本に分岐し、分割した各ビームを光ディスク上において所定のピッチで隣り合うように設けられた３つの案内溝に集光する。各ビームの反射光を検出して演算することにより得られる各プッシュプル信号の位相は、メインビームと＋１次回折光及び−１次回折光とでは互いに１８０度ずれている。このため、各プッシュプル信号を演算処理することにより、各プッシュプル信号に含まれるオフセット成分だけを選択的に打ち消しあわせ、良好なトラッキングエラー信号を検出することができる。このため、特に、ＤＶＤ記録用光ピックアップにおいてＤＰＰ方式が広く使用されている（例えば特許文献１を参照。）。

現在普及している光ディスクには種々の規格が存在し、光ディスクの規格により案内溝のピッチが異なっている。例えば、追記型のＤＶＤ−Ｒ（Recordable）及び書き換え型のＤＶＤ−ＲＷ（Disk ReWritable）等の案内溝のピッチは０．７４μｍであり、書き換え型のＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）等の案内溝ピッチは１．２３μｍである。これら規格の異なる２種類以上の光ディスクに対しても、１台の装置で記録及び再生を可能にする光ピックアップが要求されている。このような要求に対して、以下のような光ピックアップ装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。

特許文献２に開示された光ピックアップ装置は、光ビームを分岐する特殊回折格子が３つの領域に分割されており、各領域に周期的に設けられた格子溝の位相を順次９０度ずつずらせている。このような特殊回折格子を用いるインライン型ＤＰＰ方式と呼ばれるトラッキング誤差検出方式により、案内溝のピッチが異なる複数の光情報記録媒体に対して安定したトラッキング誤差検出を行うことが可能となる。
特公平４−３４２１２号公報 特開２００４−１４５９１５号公報

しかしながら、前記従来のインライン型ＤＰＰ方式を用いた従来の光ピックアップ装置には、次のような問題が生じる。

図１８は、従来の光ピックアップ装置により光情報記録媒体の上に光ビームを集光した集光スポットを表している。＋１次回折光に対応する集光スポット１０１は、光情報記録媒体の半径方向Ｘに対して右側において強度が大きくなり、左側において強度が小さくなる。これに対して、−１次回折光に対応する集光スポット１０２は右側において強度が小さくなり、左側において強度が大きくなる。これは以下のように説明できる。

図１９に示すように、従来のインライン型ＤＰＰ方式で用いられる特殊回折格子は、中央部領域１２０における格子溝１２０ａに対して、領域１１９における格子溝１１９ａの位相は９０度進んでおり、領域１２１における格子溝１２１ａの位相は９０度遅れている。従って、中央部領域１２０を透過した＋１次回折光の位相に対して、領域１１９を透過した＋１次回折光の位相は９０度進み、領域１２１を透過した＋１次回折光の位相は９０度遅れる。一方、−１次回折光については、格子溝の位相と回折光の位相の関係が逆転する。すなわち、中央部領域１２０を透過した−１次回折光の位相に対して、領域１１９を透過した−１次回折光の位相は９０度遅れ、領域１２１を透過した−１次回折光の位相は９０度進む。

このため、＋１次回折光は位相が遅れる領域１２１側に強度分布がかたより、光情報記録媒体上における＋１次回折光に対応する集光スポット１０１は右側の強度が大きく、左側の強度が小さくなる。逆に、−１次回折光は位相が遅れる領域１１９側に強度分布がかたより、−１次回折光に対応する集光スポット１０２は右側の強度が小さくなり、左側の強度が大きくなる。

以上のような集光スポットで得られるＤＰＰ信号の信号波形を図２０に示す。図２０において縦軸は信号強度を示し、横軸は集光スポットの光情報記録媒体における相対的な位置を示している。ＭＰＰは０次回折光に対応するメインビームのプッシュプル信号、ＳＰＰ１は＋１次回折光に対応する先行サブビームのプッシュプル信号、ＳＰＰ２は−１次回折光に対応する後行サブビームのプッシュプル信号、ＤＰＰは式（１）で示す、ＭＰＰ、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２から得られるトラッキング誤差信号（差動プッシュプル信号）である。

ＤＰＰ ＝ ＭＰＰ − ｋ×（ＳＰＰ１ ＋ ＳＰＰ２） ・・・ 式（１）
但し、ｋは任意の増幅率である。＋１次回折光及び−１次回折光に対応する集光スポットの強度分布が左右非対称となるため、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２の位相はＭＰＰに対して１８０度から前後してしまう。そのため、ＳＰＰ１とＳＰＰ２に信号強度差が生じるとＤＰＰが適正値からずれてしまい、各集光スポットを同一の案内溝上に形成できなくなり、インライン型ＤＰＰ方式による安定したトラッキング誤差信号検出を行うことができなくなる。なお、図２０において、ＳＰＰ１、ＳＰＰ２及びＤＰＰが適正値となる位置を一点鎖線で表している。

本発明は前記従来の問題を解決し、インライン型ＤＰＰ方式の利点を保持したまま、案内溝のピッチが異なる複数の光情報記録媒体に対して安定したトラッキング誤差検出を行う光ピックアップ装置を実現できるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は光ピックアップ装置を、互いに位相が異なる４つの領域に分割された回折格子を備える構成とする。

具体的に、本発明に係る光ピックアップ装置は、光情報記録媒体に対する情報の記録並びに光情報記録媒体に記録された情報の読み出し及び消去を行う光ピックアップ装置を対象とし、光源と、光源から出射された出射光ビームを少なくとも３本の光ビームに分岐する回折格子と、各光ビームが光情報記録媒体において反射された反射光を受光する光検出器とを備え、回折格子は、光情報記録媒体のトラックの接線方向に対して平行な方向に延びる分割線により、それぞれが互いに位相が異なる周期構造を有する第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域に分割されており、第２の領域及び第３の領域は、第１の領域と第４の領域との間に第１の領域側から順に配置され、第２の領域における周期構造の位相は、第３の領域における周期構造の位相と略１８０度異なり、第１の領域における周期構造の位相は、第４の領域における周期構造の位相と略１８０度異なることを特徴とする。

本発明の光ピックアップ装置は第２の領域内における周期構造の位相は、第３の領域における周期構造の位相と略１８０度異なり、第１の領域における周期構造の位相は、第４の領域における周期構造の位相と略１８０度異なる回折格子を備えている。このため、第２の領域及び第３の領域に対して、第１の領域を透過した＋１次回折光の位相は、第２の領域を透過した＋１次回折光の位相に対して進み、第４の領域を透過した＋１次回折光の位相は、第３の領域を透過した＋１次回折光の位相に対して進む。また、−１次回折光の場合には逆にどちらも遅れる。従って、従来のインライン型ＤＰＰ方式のようなスポット形状が左右非対称となる現象は発生せず、案内溝が延びる方向を軸とした左右対称の強度分布となる。その結果、案内溝のピッチが異なる複数の光情報記録媒体に対して安定したトラッキング誤差検出を行う光ピックアップ装置を実現できる。

本発明の光ピックアップ装置において、第１の領域と第２の領域とを分割する分割線と第２の領域と第３の領域を分割する分割線との間の距離と、第２の領域と第３の領域とを分割する分割線と第３の領域と第４の領域とを分割する分割線との間の距離とは互いに等しいことが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、各光ビームは、０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光を含むことが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、光情報記録媒体の記録面上には複数の案内溝が周期的に配置されており、各光ビームは、複数の案内溝のうちの一の案内溝に集光することが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、光検出器からの出力信号に基づいて、差動プッシュプル法によりトラッキング誤差信号を検出する演算処理回路をさらに備えていることが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、光検出器は、各反射光にそれぞれ対応する少なくとも３つの受光素子を有し、各受光素子は、それぞれ複数の受光領域に分割されていることが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、光源から出射された出射光ビームの中心は、第２の領域内又は第３の領域内に配置されることが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、光源は第１の光源及び第２の光源を含み、第１の光源から出射される出射光ビームの中心と第２の光源から出射される出射光ビームの中心とを結んだ直線は、第１の領域と第２の領域とを分割する分割線、第２の領域と第３の領域とを分割する分割線及び第３の領域と第４の領域とを分割する分割線のうちの少なくとも１本と交差することが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、光源は第１の光源及び第２の光源を含み、第１の光源から出射される光ビームの中心と第２の光源から出射される光ビームの中心とを結んだ直線は、第２の領域と第３の領域とを分割する分割線と交差することが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、光源は複数であり、複数の光源からそれぞれ出射される光ビームのうちの少なくとも１本の中心は、第２の領域内又は第３の領域内に配置されることが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、回折格子の第１の領域における周期構造の位相は、第２の領域における周期構造の位相と１０度以上且つ３５０度以下の範囲で異なっていることが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、少なくとも３本の光ビームをそれぞれ集光して光情報記録媒体の記録面上に、それぞれ独立した集光スポットとして照射する対物レンズをさらに備え、回折格子は、出射光ビームのうち対物レンズの開口径によって決まる有効ビーム径の範囲が入射する部分が、第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域を含むことが好ましい。

この場合において、第２の領域の幅と第３の領域の幅との合計は、有効ビーム径の１０％以上且つ４０％以下の範囲であることが好ましい。

本発明に係る光ピックアップ装置によれば、インライン型ＤＰＰ方式の利点を保持したまま、案内溝のピッチが異なる複数の光情報記録媒体に対して安定したトラッキング誤差検出を行う光ピックアップ装置を実現できる。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は一実施形態に係る光ピックアップ装置の概略の構成を示している。

図１に示すように本実施形態の光ピックアップ装置は、光情報記録媒体５１への情報の記録及び光情報記録媒体５１に記録された情報の再生を行うための光ビーム３１を出射する半導体レーザ素子等の光源１１と、光ビーム３１を少なくとも０次回折光のメインビーム、＋１次回折光のサブビーム及び−１次回折光のサブビーム（いずれも図示省略）に回折分岐する回折格子１２と、分岐された光ビーム３１を光情報記録媒体５１に導くハーフミラー１５と、光ビーム３１が光情報記録媒体５１において反射された反射光を受光する光検出器１６を搭載した集積回路基板１７とを備えている。

ハーフミラー１５と光情報記録媒体５１との間には、コリメートレンズ１８と対物レンズ１９とが設けられている。光源１１から出射された光ビーム３１は、回折格子１２によって少なくとも０次光、＋１次回折光及び−１次回折光の３本の光ビームに回折分岐された後、ハーフミラー１５により反射され、その後、コリメートレンズ１８を通過して対物レンズ１９に達する。回折格子１２によって回折分岐された０次光、＋１次回折光及び−１次回折光は、対物レンズ１９によって各々独立に光情報記録媒体５１の記録面上に集光されて３個の集光スポットを形成する。

図２は、図１に示す光ピックアップ装置における光検出器１６を搭載した集積回路基板１７の回路構成を示している。図２に示すように、集積回路基板１７は、受光素子２１Ａ、受光素子２１Ｂ及び受光素子２１Ｃと、受光素子からの信号を演算する演算処理回路２３とを有している。回折格子１２によって光ビーム３１から分岐されたメインビーム３１ａ並びに２つのサブビーム３１ｂ及びサブビーム３１ｃはそれぞれ、受光素子２１Ａ、受光素子２１Ｂ及び受光素子２１Ｃによって受光される。受光素子２１Ａ、受光素子２１Ｂ及び受光素子２１Ｃは、それぞれ複数の受光領域に分割されている。

受光素子２１Ａ、受光素子２１Ｂ及び受光素子２１Ｃにより検出された信号は、演算処理回路２３に入力される。演算処理回路２３は、受光素子２１Ａ、受光素子２１Ｂ及び受光素子２１Ｃからの信号をそれぞれ受ける減算器２４、減算器２５及び減算器２６と、減算器２４、減算器２５及び減算器２６の出力を受ける加算器２７、増幅器２８及び減算器２９とを有している。減算器２４、減算器２５及び減算器２６は、それぞれ受光素子２１Ａ、受光素子２１Ｂ及び受光素子２１Ｃからの信号を受けてプッシュプル信号ＭＰＰ、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２を出力する。演算処理回路２３のうち加算器２７、増幅器２８及び減算器２９については後述する。

なお、図２は各受光素子が２つの受光領域に２分割されている場合の回路構成を示しているが、各受光素子は３つ以上の受光領域に分割されていてもよい。また、図２において、各受光素子における各ビームの形状を模式的に円形状に表しているが、ビームの形状はこれに限定されるものではない。また、フォーカス誤差信号に非点収差方式を採用した場合は、各受光素子上における各ビームは略９０度回転してしまう。そのため、各受光素子も９０度回転しておく必要がある。

本実施形態の光ピックアップ装置は、光源１１から出射された光ビーム（出射光ビーム）を回折する回折格子１２、特に、その周期構造に特徴を有する。図３は、回折格子１２の周期構造つまり格子パターンを示している。

図３に示すように回折格子１２の格子面は、光情報記録媒体５１の案内溝が延びる方向（以下、Ｙ方向という。）つまり、光情報記録媒体５１のトラックの接線方向と実質的に平行な方向に延びる分割線Ｄ１、分割線Ｄ２及び分割線Ｄ３によって第１の領域１２Ａ、第２の領域１２Ｂ、第３の領域１２Ｃ及び第４の領域１２Ｄの４つの領域に区画されている。なお、この場合において平行な方向とは、これは回折格子１２と光情報記録媒体５１との間に設けられた光学系を考慮した平行方向を意味する。第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂとは分割線Ｄ１を挟んで隣接し、第２の領域１２Ｂと第３の領域１２Ｃとは分割線Ｄ２を挟んで隣接し、第３の領域１２Ｃと第４の領域１２Ｄとは分割線Ｄ３を挟んで隣接している。

図３に示すように、第１の領域１２Ａ、第２の領域１２Ｂ、第３の領域１２Ｃ及び第４の領域１２Ｄは、それぞれ光情報記録媒体５１の半径方向（以下、Ｘ方向という。）に沿って格子溝１２ａ、格子溝１２ｂ、格子溝１２ｃ及び格子溝１２ｄが周期的に設けられている。なお、本実施形態においては、格子溝１２ａ、格子溝１２ｂ、格子溝１２ｃ及び格子溝１２ｄのそれぞれの幅及び各格子溝の間の部分（凸部）の幅は同じに設定されている。

第１の領域１２Ａに形成されている格子溝１２ａによって形成されている周期構造の位相は、第２の領域１２Ｂに形成されている周期構造の位相に対して実質的に９０度進んでいる（＋９０度ずれている。）。すなわち、第１の領域１２Ａにおける格子溝１２ａの配置周期は、第２の領域１２Ｂにおける格子溝１２ｂの配置周期を基準として４分の１周期だけ＋Ｙ方向にずれている。また、第４の領域１２Ｄに形成されている周期構造の位相は、第２の領域１２Ｂに形成されている周期構造の位相に対して実質的に９０度遅れている（−９０度ずれている。）。すなわち、第４の領域１２Ｄにおける格子溝１２ｄの配置周期は、第２の領域１２Ｂにおける格子溝１２ｂの配置周期を基準として４分の１周期だけ−Ｙ方向にずれている。従って、第１の領域１２Ａの周期構造の位相と、第４の領域１２Ｄの周期構造の位相とは実質的に１８０度異なっている。また、第３の領域１２Ｃの周期構造の位相は、第２の領域１２Ｂの周期構造の位相に対して実質的に１８０度ずれている。すなわち、第３の領域１２Ｃにおける格子溝１２ｃの配置周期は、第２の領域１２Ｂにおける格子溝１２ｂの配置周期を基準として２分の１周期だけ＋Ｙ方向にずれている。

なお、各領域における周期構造の位相のずれは、正確に９０度又は１８０度である必要はない。光情報記録媒体５１の記録面上における集光スポットが、後で述べるような形状となればよいため、±１０度程度の誤差を含んでいてもよい。

本実施形態では図３に示すように、光源１１から出射された出射光ビームの中心（発光点中心）Ｌ１を、装置の組み立て精度の範囲内で、分割線Ｄ２の位置に配置している。

回折格子１２に入射した出射光ビームは、第１の領域１２Ａ、第２の領域１２Ｂ、第３の領域１２Ｃ及び第４の領域１２Ｄにそれぞれ形成された周期構造によって所定の位相差を有するサブビームに分岐され、光情報記録媒体５１に導かれる。

以下に、本実施形態の光ピックアップ装置により、案内溝の周期が異なる光情報記録媒体に対して安定してトラッキング誤差検出ができる理由を説明する。

図４は、回折格子１２によって生成された光ビームのメインビーム３１ａ並びに２つのサブビーム３１ｂ及びサブビーム３１ｃの光情報記録媒体５１の記録面上における集光スポットの形状を示している。なお、図４においてもＸ方向は光情報記録媒体の半径方向を示しＹ方向は案内溝が延びる方向を示す。

回折格子１２の第２の領域１２Ｂと第３の領域１２Ｃとは回折格子の位相が１８０度異なる。このため、第２の領域１２Ｂを透過した回折光と第３の領域１２Ｃを透過した回折光とは互いに打ち消しあい、図４に示すサブビーム３１ｂ及びサブビーム３１ｃの光情報記録媒体５１の記録面上における集光スポットの強度分布は、中央部の強度が小さくなる。この場合、サブビーム３１ｂ及びサブビーム３１ｃの集光スポットの中央部の強度を小さくできればよく、第２の領域１２Ｂと第３の領域１２Ｃとの位相のずれは１８０度に対して±１０度程度の誤差を含んでいても問題ない。

また、第１の領域１２Ａの回折格子の位相は第２の領域１２Ｂに対して９０度進んでおり、第４の領域１２Ｄの回折格子の位相は第３の領域１２Ｃに対して９０度進んでいる。従って、第１の領域１２Ａを透過した＋１次回折光の位相は、第２の領域１２Ｂを透過した＋１次回折光の位相に対して９０度進み、第４の領域１２Ｄを透過した＋１次回折光の位相は、第３の領域１２Ｃを透過した＋１次回折光の位相に対して９０度進む。逆に、−１次回折光の位相は９０度遅れる。従って、従来のインライン型ＤＰＰ方式のようなスポット形状が左右非対称となる現象は発生せず、Ｙ方向を軸とした左右対称の強度分布となる。この場合においても、第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂとの位相のずれ及び第４の領域１２Ｄと第３の領域１２Ｃとの位相のずれはそれぞれ９０度に対して±１０度程度の誤差を含んでいても問題ない。

図４に示すように、光情報記録媒体５１の記録面上には複数の案内溝５１ａが周期的に配置されている。また、図４に示すように、光ビーム３１のメインビーム３１ａ、サブビーム３１ｂ及びサブビーム３１ｃがそれぞれ対物レンズ１９によって集光された集光スポットは同一の案内溝５１ａに配置される。

各集光スポットにおいてメインビーム３１ａ、サブビーム３１ｂ及びサブビーム３１ｃはそれぞれ反射され、各集光スポットに対応する反射光は、光検出器１６に設けられた受光素子２１Ａ、受光素子２１Ｂ及び受光素子２１Ｃによってそれぞれ受光される。受光素子２１Ａ、受光素子２１Ｂ及び受光素子２１Ｃは、メインビーム３１ａに対応するプッシュプル信号ＭＰＰ、サブビーム３１ｂに対応するプッシュプル信号ＳＰＰ１及びサブビーム３１ｃに対応するプッシュプル信号ＳＰＰ２を出力する。

対物レンズ１９のラジアルシフト（光情報記録媒体の半径方向のシフト）及び光情報記録媒体５１の傾きに起因するＭＰＰ、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２のオフセット成分は、対物レンズ１９のラジアルシフト又は光情報記録媒体５１の傾きのそれぞれについて同じ側（同相）に発生する。従って、対物レンズ１９のラジアルシフト及び光情報記録媒体５１の傾きに起因するオフセットをキャンセルした作動プッシュプル（ＤＰＰ）信号は、図２に示す加算器２７、増幅器２８及び減算器２９を用いて、式（２）に示すような演算処理を行うことにより検出することができる。

ＤＰＰ ＝ ＭＰＰ − ｋ×（ＳＰＰ１ ＋ ＳＰＰ２） ・・・ 式（２）
但し、ｋは増幅器２８の増幅率である。

図５は、プッシュプル信号ＭＰＰ、プッシュプル信号ＳＰＰ１、プッシュプル信号ＳＰＰ２及び式（２）に基づいて求めたＤＰＰ信号の出力波形を示している。図５において縦軸は信号強度を示し、横軸は集光スポットの光情報記録媒体５１における相対的な位置を示している。図５に示すように、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２の位相はＭＰＰの位相に対して正確に１８０度ずれている。そのため、ＳＰＰ１とＳＰＰ２に信号強度差が生じても式（２）に基づいて求めたＤＰＰ信号は、適正値となっているため、各集光スポットを同一の案内溝上に形成できる。

図２に示すように、加算器２７の入力側は減算器２５及び減算器２６の出力と接続され、増幅器２８の入力は加算器２７の出力と接続されている。減算器２９の入力は減算器２４及び増幅器２８の出力と接続されている。これにより、式（２）に示す演算を行うことができる。なお、式（２）の係数ｋは、光情報記録媒体５１から反射されるメインビーム３１ａ、サブビーム３１ｂ及びサブビーム３１ｃの光強度の違いを補正するためのものである。メインビーム３１ａとサブビーム３１ｂとサブビーム３１ｃとの光強度の比がａ：ｂ：ｂの場合には、係数ｋはａ／２ｂとすればよい。すなわち、係数ｋは、光情報記録媒体５１に応じて決められる定数である。なお、信号処理回路は、従来構成のものを利用してもよい。

光情報記録媒体５１は、特に限定されるものではなくＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ等を含むＤＶＤ及びＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等を含むＣＤを用いることができる。また、光ビーム３１の波長は光情報記録媒体５１応じて決めればよく、ＤＶＤ及びＣＤの場合には約６５０ｎｍから約７８０ｎｍとすればよい。また、ＤＶＤについては、ＤＶＤ−Ｒ等の案内溝ピッチが０．７４μｍのもの及びＤＶＤ−ＲＡＭ等の案内溝ピッチが１．２３μｍのもののいずれの場合であっても、安定したトラッキング誤差信号検出を行うことが可能である。

また、本実施形態において、回折格子１２を図１に示す光学系における光源１１とハーフミラー１５との間に配置した場合について説明したが、これに代えて、回折格子１２を例えばハーフミラー１５とコリメートレンズ１８との間に配置してもよい。また、図１に示す光学系に代えて、光源と光検出器とが一体化した光学系（例えばハーフミラーを用いない光学系）を用い、光源とコリメートレンズとの間に回折格子を配置してもよい。

また、本実施形態において、回折格子１２の各領域に設けた格子溝をいずれも光情報記録媒体の半径方向であるＸ方向に沿って形成したが、これに代えて、格子溝をＸ方向に対して斜め方向に設けてもよい。また、回折格子１２の第２の領域１２Ｂの幅と第３の領域１２Ｃの幅とが等しい例を示したが、必ずしも等しくなくてもよい。

また、本実施形態において、光源から出射される出射光ビームが１つの場合について説明したが、これに代えて、複数の光源を有し、複数の光ビームが出射される光ピックアップ装置においても同様の効果が得られる。

例えば、図６に示すように、装置の組み立て精度の範囲内で、第１の光源の発光点中心Ｌ１が分割線Ｄ２上に位置し、第２の光源の発光点中心Ｌ２が分割線Ｄ３上に位置するようにしてもよい。また、図７に示すように、装置の組み立て精度の範囲内で、第１の光源の発光点中心Ｌ１が分割線Ｄ２上に位置し、第２の光源の発光点中心Ｌ２が分割線Ｄ３近傍の第４の領域１２Ｄ内に位置するようにしてもよい。また、図８に示すように、装置の組み立て精度の範囲内で、第１の光源の発光点中心Ｌ１が第２の領域１２Ｂ内に位置し、第２の光源の発光点中心Ｌ２が第３の領域１２Ｃ内に位置するようにしてもよい。また、図９に示すように、装置の組み立て精度の範囲内で、第１の光源の発光点中心Ｌ１が分割線Ｄ１近傍の第１の領域１２Ａ内に位置し、第２の光源の発光点中心Ｌ２が分割線Ｄ３近傍の第４の領域１２Ｄ内に位置するようにしてもよい。

また、光源は２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。例えば光源が３つの場合には、図１０に示すように、装置の組み立て精度の範囲内で、少なくとも１つの光源の発光点中心を第２の領域１２Ｂ内又は第３の領域１２Ｃ内に位置するようにすればよく、残る光源の発光点中心の位置は特に限定する必要はない。

さらに、本実施形態においては、回折格子１２の全体を第１の領域１２Ａ、第２の領域１２Ｂ、第３の領域１２Ｃ及び第４の領域１２Ｄに分割する例を示している。しかし、回折格子１２のうち対物レンズの開口径により決まる有効ビーム径の範囲内の領域において、第１の領域〜第４の領域が分割されていればよく、有効ビーム径の範囲外の領域については、分割状態が異なっていてもよい。例えば、図１１に示すように有効ビーム径の範囲外の領域においては、第２の領域１２Ｂ及び第３の領域１２Ｃが形成されていなくてもよい。

本実施形態は、第１の領域１２Ａの周期構造の位相と第２の領域１２Ｂの周期構造との位相とが９０度ずれ、第４の領域１２Ｄの周期構造の位相と第３の領域１２Ｃの周期構造の位相とが９０度すれている場合を示している。しかし、第１の領域１２Ａの位相と第４の領域１２Ｄの位相とが実質的に１８０度異なり、第２の領域１２Ｂの位相と、第３の領域１２Ｃの位相とが実質的に１８０度異なっていれば、第１の領域１２Ａの位相と第２の領域１２Ｂの位相及び第３の領域１２Ｃの位相と第４の領域１２Ｄの位相のずれはどのような値であってもかまわない。但し、回折格子１２に周期構造を形成する際の製造誤差を考えると、第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂとの位相のずれ及び第４の領域１２Ｄと第３の領域１２Ｃとの位相のずれをそれぞれ１０度以上且つ３５０度以下とすることが好ましい。また、７０度以上且つ２９０度以下とすることがさらに好ましい。

図１２は、第１の領域１２Ａと第４の領域１２Ｄとの位相が実質的に１８０度異なり、第２の領域１２Ｂと第３の領域１２Ｃとの位相が実質的に１８０度異なり、第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂとの位相及び第４の領域１２Ｄと第３の領域１２Ｃとの位相がそれぞれ実質的に４５度異なる場合を示している。また、図１３は、第１の領域１２Ａの周期構造と第４の領域１２Ｄの周期構造との位相が実質的に１８０度異なり、第２の領域１２Ｂの周期構造と第３の領域１２Ｃの周期構造との位相が実質的に１８０度異なり、第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂとの位相及び第４の領域１２Ｄと第３の領域１２Ｃとの位相がそれぞれ１８０度異なる場合を示している。このような場合にも、図３に示した回折格子と同様の効果が得られる。

図１４（ａ）〜（ｃ）は、光情報記録媒体５１にＤＶＤ−ＲＡＭを用いた場合に、対物レンズ１９のシフト量とＤＰＰ信号振幅との関係を示している。（ａ）〜（ｃ）は第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂとの位相のずれが０度、９０度、１８０度の場合をそれぞれ示している。なお、図１４において縦軸は、対物レンズ１９のシフト量が０μｍの場合のＤＰＰ信号振幅の値を１００％として規格化した値を示している。また、第１の領域１２Ａの周期構造の位相と第４の領域１２Ｄの周期構造の位相とは実質的に１８０度異なっており、第２の領域１２Ｂの周期構造の位相と第３の領域１２Ｃの周期構造の位相とは実質的に１８０度異なっている。

図１４に示すように、第１の領域１２Ａの周期構造と第２の領域１２Ｂの周期構造との位相のずれが１８０度の場合と比べて、０度の場合には、対物レンズのシフトに伴うＤＰＰ信号振幅の変化が大きくなっている。

図１５は、第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂとの位相のずれ量と、ＤＰＰ信号振幅の変化率との関係を示している。ここで、ＤＰＰ信号振幅の変化率は、対物レンズのシフト量が０μｍ場合のＤＰＰの信号振幅に対する対物レンズのシフト量が３００μｍの場合のＤＰＰ信号振幅の割合として示している。

図１５に示すように、第１の領域１２Ａの周期構造と第２の領域１２Ｂの周期構造との位相のずれが１８０度の場合にＤＰＰ信号振幅の変化率が最も１００％に近くなり、位相のずれが０度又は３６０度に向かうに従い、ＤＰＰ信号振幅の変化率は小さくなっている。

光ピックアップにおいては、対物レンズがシフトしても、ＤＰＰ信号振幅が一定であることが好ましいため、ＤＰＰ信号振幅の変化率は１００％に近い方が好ましい。このため、第１の領域１２Ａの周期構造と第２の領域１２Ｂの周期構造との位相のずれは１０度以上且つ３５０度以下とすれば十分であるが、ＤＰＰ信号振幅をより均一にするという観点からは７０度以上２９０度以下とすることが好ましい。

また、ＤＰＰ信号振幅の変化率を小さくするためには、有効に利用される光ビームが、回折格子１２の第１の領域１２Ａと透過した部分と、第２の領域１２Ｂを透過した部分と、第３の領域１２Ｃを透過した部分と、第４の領域１２Ｄを透過した部分を含んでいることが好ましい。つまり、回折格子１２における出射光ビームが入射する領域のうち、対物レンズ１９の開口径により決まる有効ビーム径の範囲が入射する部分に、第１の領域１２Ａ〜第４の領域１２Ｄが含まれていることが好ましい。

具体的には、光源がＤＶＤ系である場合には、回折格子１２の第２の領域１２Ｂの幅Ｗ１と第３の領域１２Ｃの幅Ｗ２の合計である幅Ｗ１＋Ｗ２が対物レンズ１９の開口径により決まる有効ビーム径の１０％から４０％の範囲内とすることが好ましい。このような構成とした場合の効果を以下に説明する。

まず、幅Ｗ１＋Ｗ２が対物レンズ１９の開口径により決まる有効ビーム径の１０％よりも小さい場合について説明する。図１６は、ＤＶＤ−ＲＡＭのＤＰＰ信号振幅の変化率と、対物レンズ１９の開口径により決まる有効ビーム径に対する幅Ｗ１＋Ｗ２の割合との関係を示している。なお、ＤＰＰ信号振幅の変化率とは、対物レンズのシフト量が０μｍの場合のＤＰＰ信号振幅に対する対物レンズのシフト量３００μｍの場合のＤＰＰ信号振幅の割合である。幅Ｗ１＋Ｗ２が対物レンズ１９の開口径により決まる有効ビーム径の１０％よりも小さくなると、図１６に示すように、ＤＰＰ信号振幅の変化率が、６６％よりも小さくなっている。このように、対物レンズのシフト量が０μｍの場合のＤＰＰ信号振幅を基準として３４％以上ＤＰＰ信号振幅が小さくなり、ＤＰＰ信号振幅の変化が大きくなり好ましくない。

次に、幅Ｗ１＋Ｗ２が対物レンズ１９の開口径により決まる有効ビーム径の４０％よりも大きい場合について説明する。図１７は、ＤＶＤ−ＲＡＭのプッシュプル信号ＳＰＰ１の信号振幅とプッシュプル信号ＳＰＰ２の信号振幅との和（ＳＰＰ振幅）と、対物レンズ１９の開口径により決まる有効ビーム径に対する幅Ｗ１＋Ｗ２の割合との関係を示している。図１７に示すように、幅Ｗ１＋Ｗ２が対物レンズ１９の開口径により決まる有効ビーム径の４０％よりも大きくなると、信号振幅は０に近づく。このように、信号振幅の絶対値が小さくなり、光ピックアップ装置の特性が悪化してしまう。

以上のように、幅Ｗ１＋Ｗ２は、対物レンズの開口径により決まる有効ビーム径の１０％以上且つ４０％以下であることが好ましい。

さらに、ＤＶＤ系とＣＤ系の２個の光源を用いる場合は、回折格子１２の第２の領域１２Ｂの幅Ｗ１と第３の領域１２Ｃの幅Ｗ２の合計である幅Ｗ１＋Ｗ２が対物レンズ１９の開口径により決まるＤＶＤ系における有効ビーム径の１０％以上３５％以下の範囲内にあることが好ましい。

以上のように、本実施形態に係る光ピックアップ装置は、案内溝のピッチの異なる各種光情報記録媒体へ対応することを可能にするものであって、より安定した記録・再生を実現するトラッキング誤差信号検出が達成される。すなわち、本実施形態に係る光ピックアップ装置は、ＤＶＤ系及びＣＤ系の記録装置及び再生装置において小型化、簡素化、低コスト化及び高効率化等を実現することができる。また、光ディスクなどの光情報記録媒体に情報の記録、再生及び消去等の処理を行う光学式情報処理装置において、その基幹部品である光学式ヘッド装置に使用される再生信号、記録信号及び各種サーボ信号等の検出機能を有する光ピックアップ装置として、本実施形態に係る光ピックアップ装置は非常に有用である。

本発明の光ピックアップ装置は、インライン型ＤＰＰ方式の利点を保持したまま、案内溝のピッチが異なる複数の光情報記録媒体に対して安定したトラッキング誤差検出を行う光ピックアップ装置を実現でき、光情報記録媒体に対する情報の記録及び光情報記録媒体に記録された情報の再生又は消去等の処理を行う光学式情報処理装置に用いる光ピックアップ装置等として有用である。

本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の光検出器を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置によって光情報記録媒体の記録面上に形成された集光スポットの形状を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置によって得られる信号の波形を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子と光ビームの中心との位置関係の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子と光ビームの中心との位置関係の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子と光ビームの中心との位置関係の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子と光ビームの中心との位置関係の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子と光ビームの中心との位置関係の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子の変形例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子の変形例を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子の変形例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の対物レンズのシフト量と差動プッシュプル信号の振幅の変化量との関係を示すグラフであり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ第１の領域と第２の領域との位相のずれが０度、９０度及び１８０度の場合を示している。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子の第１の領域の位相と第２の領域の位相とのずれ量と差動プッシュプル信号の振幅の変化率との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子の第２の領域及び第３の領域の幅と差動プッシュプル信号の振幅の変化率との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の回折格子の第２の領域及び第３の領域の幅とプッシュプル信号の振幅との関係を示すグラフである。 従来例に係る光ピックアップ装置によって光情報記録媒体の記録面上に形成された集光スポットの形状を示す平面図である。 従来例に係る光ピックアップ装置の回折格子を示す平面図である。 従来例に係る光ピックアップ装置によって得られる信号の波形を示すグラフである。

符号の説明

１１ 光源
１２ 回折格子
１２Ａ 第１の領域
１２Ｂ 第２の領域
１２Ｃ 第３の領域
１２Ｄ 第４の領域
１２ａ 格子溝
１２ｂ 格子溝
１２ｃ 格子溝
１２ｄ 格子溝
１５ ハーフミラー
１６ 光検出器
１７ 集積回路基板
１８ コリメートレンズ
１９ 対物レンズ
２１Ａ 受光素子
２１Ｂ 受光素子
２１Ｃ 受光素子
２３ 演算処理回路
２４ 減算器
２５ 減算器
２６ 減算器
２７ 加算器
２８ 増幅器
２９ 減算器
３１ 光ビーム
３１ａ メインビーム

Claims (13)

1. 光情報記録媒体に対する情報の記録並びに前記光情報記録媒体に記録された情報の読み出し及び消去を行う光ピックアップ装置であって、
   光源と、
   前記光源から出射された出射光ビームを少なくとも３本の光ビームに分岐する回折格子と、
   前記各光ビームが前記光情報記録媒体において反射された反射光を受光する光検出器とを備え、
   前記回折格子は、前記光情報記録媒体のトラックの接線方向に対して平行な方向に延びる分割線により、それぞれが互いに位相が異なる周期構造を有する第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域に分割されており、
   前記第２の領域及び前記第３の領域は、前記第１の領域と前記第４の領域との間に前記第１の領域側から順に配置され、
   前記第２の領域における前記周期構造の位相は、前記第３の領域における前記周期構造の位相と略１８０度異なり、
   前記第１の領域における前記周期構造の位相は、前記第４の領域における前記周期構造の位相と略１８０度異なることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記第１の領域と前記第２の領域とを分割する分割線と前記第２の領域と前記第３の領域を分割する分割線との間の距離と、前記第２の領域と前記第３の領域とを分割する分割線と前記第３の領域と前記第４の領域とを分割する分割線との間の距離とは互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
3. 前記光ビームは、０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記光情報記録媒体の記録面上には複数の案内溝が周期的に配置されており、
   前記各光ビームは、前記複数の案内溝のうちの一の案内溝に集光することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
5. 前記光検出器からの出力信号に基づいて、差動プッシュプル法によりトラッキング誤差信号を検出する演算処理回路をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
6. 前記光検出器は、前記各反射光にそれぞれ対応する少なくとも３つの受光素子を有し、
   前記各受光素子は、それぞれ複数の受光領域に分割されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
7. 前記光源から出射された出射光ビームの中心は、前記第２の領域内又は前記第３の領域内に配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
8. 前記光源は第１の光源及び第２の光源を含み、
   前記第１の光源から出射された出射光ビームの中心と前記第２の光源から出射された出射光ビームの中心とを結んだ直線は、前記第１の領域と前記第２の領域とを分割する分割線、前記第２の領域と前記第３の領域とを分割する分割線及び前記第３の領域と前記第４の領域とを分割する分割線のうちの少なくとも１本と交差することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
9. 前記光源は第１の光源及び第２の光源を含み、
   前記第１の光源から出射された出射光ビームの中心と前記第２の光源から出射された出射光ビームの中心とを結んだ直線は、前記第２の領域と前記第３の領域とを分割する分割線と交差することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
10. 前記光源は複数であり、
    前記複数の光源からそれぞれ出射された出射光ビームのうちの少なくとも１本の中心は、前記第２の領域内又は前記第３の領域内に配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
11. 前記回折格子の前記第１の領域における前記周期構造の位相は、前記第２の領域における前記周期構造の位相と１０度以上且つ３５０度以下の範囲で異なっていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
12. 前記少なくとも３本の光ビームをそれぞれ集光して前記光情報記録媒体の記録面上に、それぞれ独立した集光スポットとして照射する対物レンズをさらに備え、
    前記回折格子は、前記出射光ビームのうち前記対物レンズの開口径によって決まる有効ビーム径の範囲が入射する部分が、前記第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
13. 前記第２の領域の幅と前記第３の領域の幅との合計は、前記有効ビーム径の１０％以上且つ４０％以下の範囲であることを特徴とする請求項１２に記載の光ピックアップ装置。

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