JP2008192199A - 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】光ピックアップ装置は、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な第１方向の分割線Ｄ１及びＤ２により３つの領域に分割されている。第２の領域１２Ｂは、第１方向の分割線Ｄ３と第１方向と交差する第２方向の分割線Ｄ４とにより４つのサブブロックに分割され、対角に配置されたサブブロック同士は位相が互いに等しく、隣接するサブブロック同士は位相が略１８０度異なり、第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂの各サブブロックとは位相が略９０度異なり、第１の領域１２Ａと第３の領域１２Ｃとは位相が略１８０度異なる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光ディスクなどの光情報記録媒体に対して情報の記録、再生又は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／記録信号及び各種サーボ信号の検出機能を有す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１１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１２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。

このように、＋１次回折光に対応する集光スポット１０１と−１次回折光に対応する集光スポット１０２とにおいて集光スポットの強度分布が左右非対称となると、メインビームに対応する集光スポット１００からの反射光を検出したプッシュプル信号と、集光スポット１０１及び集光スポット１０２からの反射光を検出したプッシュプル信号との位相が１８０度からずれてしまう。このため、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。

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３つの領域に分割され且つ中央の領域が互いに位相が異なる複数のサブブロックに分割された回折格子を備える構成とする。

具体的に、本発明に係る第１の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と、各集光スポットとして照射された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第１方向に延びる第１の分割線及び第２の分割線により、互いに位相が異なる周期構造を有する第１の領域、第２の領域及び第３の領域に分割されており、第２の領域は、第１の領域と第３の領域との間に配置され、且つ、第１方向に延びる第３の分割線と第１方向と交差する第２方向に延びる第４の分割線とにより第１のサブブロック、第２のサブブロック、第３のサブブロック及び第４のサブブロックに分割されており、第１のサブブロックと第２のサブブロックと及び第３のサブブロックと第４のサブブロックとは、それぞれ第２方向に隣接して配置され、第１のサブブロックと第３のサブブロックと及び第２のサブブロックと第４のサブブロックとは、それぞれ第１方向に隣接して配置され、第１のサブブロックと第４のサブブロックと及び第２のサブブロックと第３のサブブロックとは、それぞれ周期構造の位相が互いに等しく、第１のサブブロック及び第４のサブブロックと第２のサブブロック及び第３のサブブロックとは、周期構造の位相が略１８０度異なり、第１の領域と第２の領域の各サブブロックとは、周期構造の位相が略９０度異なり、第１の領域と第３の領域とは、周期構造の位相が略１８０度異なることを特徴とする。

第１の光ピックアップ装置によれば第１のサブブロック及び第４のサブブロックにおける周期構造の位相は、第２のサブブロック及び第３のサブブロックにおける周期構造の位相と略１８０度異なる。このため、第１のサブブロック及び第４のサブブロックを透過した回折光と第２のサブブロック及び第３のサブブロックを透過した回折光とは互いに打ち消しあう。従って、光情報記録媒体の記録面上におけるサブビームの集光スポットは、中央部において強度が小さくなる。また、第１の領域における周期構造の位相は、第１のサブブロック及び第４のサブブロックにおける周期構造の位相と略９０度異なり、第１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度異なる。このため、トラックの接線方向を軸として集光スポットの左側においても右側においても、位相が９０度進んだ光と位相が９０度遅れた光とが等しく存在する。従って、集光スポットの強度分布は左右対称となるので、集光スポットからの反射光を検出したプッシュプル信号の位相のずれを低減できる。その結果、集光スポットを同一の案内溝上に形成することが可能となり、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光ピックアップを実現できる。

第１の光ピックアップ装置において、第１の分割線と第３の分割線との間隔と、第２の分割線と第３の分割線との間隔とは実質的に等しいことが好ましい。

第１の光ピックアップ装置において、第１のサブブロックの面積と、第２のサブブロックの面積と、第３のサブブロックの面積と、第４のサブブロックの面積とは実質的に等しいことが好ましい。

第１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、回折格子における第３の分割線と第４の分割線との交点に配置されていることが好ましい。また、光源は複数であり、光源のうちの少なくとも１つから出射された出射光ビームの中心が、回折格子における第３の分割線と第４の分割線との交点に配置されていてもよい。さらに、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た出射光ビームの中心と第２の光源から出射された出射光ビームの中心とを結ぶ直線が、第３の分割線と交差してもよい。

本発明に係る第２の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と、各集光スポットとして照射された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第１方向に延びる第１の分割線及び第２の分割線により、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の領域及び第３の領域に分割されており、第２の領域は、第１の領域と第３の領域との間に配置され、且つ、第１方向に延びる少なくとも２本の第３の分割線により、少なくとも２つの第１のサブブロックと少なくとも１つの第２のサブブロックとに分割されており、第１のサブブロックと第２のサブブロックとは、交互に配置され且つ周期構造の位相が略１８０度異なり、第１の領域と第２の領域の各サブブロックとは、周期構造の位相が略９０度異なり、第１の領域と第３の領域とは、周期構造の位相が略１８０度異なることを特徴とする。

第２の光ピックアップ装置によれば、第２の領域が、第１の方向に延びる少なくとも２本の第３の分割線により、少なくとも２つの第１のサブブロックと少なくとも１つの第２のサブブロックとに分割されている。このため、第１のサブブロックを透過する光ビームの面積と第２のサブブロックを通過する光ビームの面積との差を小さくすることができ、それぞれを通過する光量の差を抑制することができる。従って、回折格子における光源から出射された光ビームの中心の位置に関係なく、良好な特性を得ることが可能となる。

第２の光ピックアップ装置において、第１のサブブロックの第２方向の長さと第２のサブブロックの第２方向の長さとは、実質的に等しいことが好ましい。

第２の光ピックアップ装置において、第１のサブブロックの数と第２のサブブロックの数とは等しいことが好ましい。

第２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、回折格子の第２領域内に配置されていることが好ましい。また、光源は複数であり、光源のうちの少なくとも１つから出射された出射光ビームの中心は、回折格子における第２の領域内に配置されていてもよい。さらに、光源は第１の光源と第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は、回折格子における第１領域内又は第１の分割線上に配置され、第２の光源から出射された出射光ビームの中心は、回折格子における第３の領域内又は第２の分割線上に配置されていてもよい。

第１及び第２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。

第１及び第２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。

第１及び第２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。

第１及び第２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。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１の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、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、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、ビーム形状はこれに限定されるものではない。

本実施形態の光ピックアップ装置は、光ビーム３１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第１の分割線Ｄ１及び第２の分割線Ｄ２によって第１の領域１２Ａ、第２の領域１２Ｂ及び第３の領域１２Ｃの３つの領域に区画されている。すなわち、第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂとは第１の分割線Ｄ１を挟んで隣接し、第２の領域１２Ｂと第３の領域１２Ｃとは第２の分割線Ｄ２を挟んで隣接している。なお、この場合において平行な方向とは、回折格子と光情報記録媒体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。

また、第２の領域１２Ｂは、Ｙ方向に延びる第３の分割線Ｄ３と、Ｙ方向と交差する方向つまり光情報記録媒体５１の半径方向（以下、Ｘ方向という。）と実質的に平行な方向に延びる第４の分割線Ｄ４とによって、第１のサブブロック１３Ａ、第２のサブブロック１３Ｂ、第３のサブブロック１３Ｃ及び第４のサブブロック１３Ｄの４つサブブロックに分割されている。

なお、第１のサブブロック１３Ａ、第２のサブブロック１３Ｂ、第３のサブブロック１３Ｃ及び第４のサブブロック１３ＤのＸ方向の長さは特に限定されないが、互いに等しいことが好ましい。また、第１のサブブロック１３Ａ、第２のサブブロック１３Ｂ、第３のサブブロック１３Ｃ及び第４のサブブロック１３Ｄの面積は特に限定されないが、互いに等しいことが好ましい。第１のサブブロック１３Ａ〜第４のサブブロック１３Ｄの面積を等しくすることにより、第３の分割線Ｄ３と第４の分割線Ｄ４との交点は実質的に第２の領域１２Ｂの中心に位置する。このようにすることにより、光源から出射された光ビームＬ１の中心を第３の分割線Ｄ３と第４の分割線Ｄ４との交点に配置したときに、第１の領域１２Ａ及び第２の領域１２Ｂをそれぞれ通過する光の面積が互いに等しくなると共に、第１のサブブロック１３Ａ〜第４のサブブロック１３Ｄをそれぞれ通過する光の面積が互いに等しくなり、光情報記録媒体５１上の記録面上における集光スポットの対象性が向上するという利点がある。

この場合において、第１のサブブロック１３Ａ、第２のサブブロック１３Ｂ、第３のサブブロック１３Ｃ及び第４のサブブロック１３ＤのＸ方向の長さ又は面積は±１０％程度の誤差を含んでいても実質的に等しく、同一とみなすことができる。本発明において長さ及び面積等が実質的に等しいという場合には、±１０％程度の誤差を含んでいることを意味する。

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には、それぞれＸ方向に沿って格子溝１２ａが周期的に設けられている。格子溝１２ａの周期構造の位相は、第１の領域１２Ａ、第２の領域１２Ｂ及び第３の領域１２Ｃにおいて互いに異なっている。具体的には、第１の領域１２Ａと第３の領域１２Ｃとは位相が１８０度異なっており、第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂの各サブブロックとは、位相が９０度異なっている。

また、第２の領域１２Ｂにおいて、対角に配置されたサブブロック同士の位相は互いに等しく、Ｘ方向及びＹ方向に隣接して配置されたサブブロック同士の位相は互いに異なっている。具体的には、第１のサブブロック１３Ａと第４のサブブロック１３Ｄと及び第２のサブブロック１３Ｂと第３のサブブロック１３Ｃとはそれぞれ互いに位相が等しく、第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄと、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃとは互いに位相が異なっている。

具体的には、第２の領域１２Ｂのうち第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄの周期構造の位相と、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃの周期構造の位相とは、実質的に１８０度ずれている。すなわち、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃにおける格子溝１２ａの配置周期は、第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄにおける格子溝１２ａ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。

また、第１の領域１２Ａの周期構造の位相は、第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄの周期構造の位相に対して実質的に９０度進み（＋９０度ずれている。）、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃの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１の領域１２Ａにおける格子溝１２ａの配置周期は、第１のサブブロック１３Ａと第４のサブブロック１３Ｄにおける格子溝１２ａの配置周期を基準として４分の１周期だけ＋Ｙ方向にずれており、第２のサブブロック１３Ｂと第３のサブブロック１３Ｄにおける格子溝１２ａ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。

一方、第３の領域１２Ｃの周期構造の位相は、第１の領域１２Ａの周期構造の位相と実質的に１８０度ずれている。従って、第３の領域１２Ｃの周期構造の位相は、第１のサブブロック１３Ａと第４のサブブロック１３Ｄ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、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃの周期構造の位相に対して実質的に９０度進んでいる。すなわち、第３の領域１２Ｃにおける格子溝１２ａの配置周期は、第１のサブブロック１３Ａと第４のサブブロック１３Ｄにおける格子溝１２ａ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２のサブブロック１３Ｂと第３のサブブロック１３Ｄにおける格子溝１２ａ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。

なお、第１の領域１２Ａの位相は、第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄの位相と、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃの位相とに対してそれぞれ実質的に９０度ずれていればよい。従って、第１の領域１２Ａの位相が、第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄの位相に対して実質的に９０度遅れ、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃの位相に対して実質的に９０度進んでいてもよい。

また、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。

光源１１から出射された光ビーム３１の中心（発光点中心）Ｌ１は、図３に示すように、装置の組み立て精度の範囲内で第３の分割線Ｄ３と第４の分割線Ｄ４との交点上に配置することが好ましい。

以下に、第１の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に入射した光ビーム３１は、第１の領域１２Ａ、第２の領域１２Ｂ及び第３の領域１２Ｃ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。

回折格子１２の第２の領域１２Ｂにおける第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄと第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃとは回折格子の位相が１８０度異なる。このため、第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄを透過した回折光と第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃ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は、中央部において強度が小さくなる。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１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄと第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃ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の第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄに対して９０度進んでおり、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃに対して９０度遅れている。また、第３の領域１２Ｃの回折格子の位相は、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃに対して９０度進んでおり、第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄに対して９０度遅れている。従って、第１の領域１２Ａを透過した＋１次回折光の位相は、第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄを透過した＋１次回折光の位相に対して９０度進み、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃを透過した＋１次回折光の位相に対して９０度遅れる。

一方、第３の領域１２Ｃを透過した＋１次回折光の位相は、第２のサブブロック１３Ｂ及び第３のサブブロック１３Ｃを透過した＋１次回折光の位相に対して９０度進み、第１のサブブロック１３Ａ及び第４のサブブロック１３Ｄを透過した＋１次回折光の位相に対して９０度遅れる。−１次回折光については逆の現象が生じる。

従って、集光スポットのＹ方向を軸として左側においても右側においても、位相が９０度進んだ光と位相が９０度遅れた光とが等しく存在するため、集光スポットの強度分布はＹ方向を軸として左右対称となる。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２の領域１２Ｂ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（１）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１）
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（１）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。また、式（１）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（１）に示す演算を行うことができる。なお、（式１）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。

なお、本実施形態は光源が１つの場合を示したが、光源は複数あってもよい。この場合には、図６に示すように、少なくとも１つの光源から出射された光ビームの中心を、第３の分割線Ｄ３と第４の分割線Ｄ４との交点上に配置することが好ましい。

なお、図７に示すように、複数存在する光源のうちの、第１の光源から出射された光ビームＬ１の中心と、第２の光源から出射された光ビームＬ２の中心とを結ぶ直線が、第３の分割線Ｄ３と交差するように配置してもよい。この場合、第３の光源から出射された光ビームの中心Ｌ３の位置は特に限定されない。また、第３の光源はなくてもよい。

また、本実施形態において第３の分割線は一本であるが、第１のサブブロック１３Ａと第３のサブブロック１３ＣとのＸ方向の幅が異なり、第１のサブブロック１３Ａと第２のサブブロックとを分割する第３の分割線と、第３のサブブロック１３Ｃと第４のサブブロック１３Ｄとを分割する第３の分割線とが別々であってもよい。また、第１のサブブロック１３Ａと第２のサブブロック１３ＢとのＹ方向の長さが異なり、第１のサブブロック１３Ａと第３のサブブロック１３Ｃとを分割する第４の分割線と、第２のサブブロック１３Ｂと第４のサブブロック１４Ｄとを分割する第４の分割線とが別々であってもよい。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図８は第２の実施形態に係る光ピックアップ装置に用いる回折格子１２を示している。図８において図３と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

図８に示すように本実施形態の回折格子１２の格子面は、Ｙ方向に延びる第１の分割線Ｄ１及び第２の分割線Ｄ２によって、互いに位相が異なる第１の領域１２Ａ、第２の領域１２Ｂ及び第３の領域１２Ｃの３つの領域に区画されている。すなわち、第１の領域１２Ａと第２の領域１２Ｂとは第１の分割線Ｄ１を挟んで隣接し、第２の領域１２Ｂと第３の領域１２Ｃとは第２の分割線Ｄ２を挟んで隣接している。

第２の領域はＹ方向に延びる第３の分割線によって互いに分割された第１のサブブロック１３Ａと第２のサブブロック１３Ｂとを含んでいる。第１のサブブロック１３Ａと第２のサブブロック１３Ｂとは位相が実質的に１８０度ずれており、第１の領域１２Ａ側から順次交互に設けられている。また、第１の領域１２Ａの位相は、第１のサブブロック１３Ａの位相に対して実質的に９０度進んでおり、第２のサブブロック１３Ｂの位相に対して実質的に９０度遅れている。一方、第１の領域１２Ａの位相と第３の領域１２Ｃの位相とは実質的に１８０度ずれている。従って、第３の領域１２Ｃの位相は、第１のサブブロック１３Ａの位相に対して実質的に９０度遅れており、第２のサブブロック１３Ｂの位相に対して実質的に９０度進んでいる。

なお、第１の領域１２Ａの位相は、第１のサブブロック１３Ａの位相及び第２のサブブロック１３Ｂの位相に対してそれぞれ実質的に９０度ずれていればよい。従って、第１の領域１２Ａの位相が、第１のサブブロック１３Ａの位相に対して実質的に９０度遅れ、第２のサブブロック１３Ｂの位相に対して実質的に９０度進んでいてもよい。

このような構成とすることにより、第１のサブブロック１３Ａを透過する光ビーム３１の面積と第２のサブブロック１３Ｂを通過する光ビーム３１の面積との差、つまりそれぞれを通過する光量の差を抑制することができる。従って、回折格子１２のＹ方向の位置、すなわち光源１１から出射された光ビームの中心の位置に関係なく、良好な特性を得ることが可能となる。

なお、図８においては、第３の分割線Ｄ３ａ、第３の分割線Ｄ３ｂ及び第３の分割線Ｄ３ｃが設けられ、２つの第１のサブブロック１３Ａと２つの第２のサブブロック１３Ｂが設けられた例を示している。しかし、少なくとも２つの第１のサブブロック１３Ａと少なくとも１つの第２のサブブロック１３Ｂとが設けられていればよい。但し、第１のサブブロック１３Ａの数と第２のサブブロック数とを等しくした方が、第１のサブブロック１３Ａを通過する光の面積と第２のサブブロック１３Ｂとを通過する光の面積とが互いに等しくなり対称性が向上するため好ましい。

図８においては、第１のサブブロック１３Ａと第２のサブブロック１３ＢとのＸ方向の長さをそれぞれ実質的に等しくしているが、異なる長さとしてもよい。但し、第１のサブブロック１３ＡのＸ方向の長さの総和と第２のサブブロック１３ＢのＸ方向の長さの総和とは実質的に等しくすることが好ましい。

また、図８は、光源１１から出射された光ビーム３１の中心Ｌ１が、第３の分割線Ｄ３ｂ上に配置された例を示した。しかし、これに限定されるものではなく、光源１１から出射された光ビーム３１の中心は第２の領域１２Ｂ内に配置されていればよい。

なお、第２の実施形態は光源が１つの場合について示したが、光源が複数存在していてもよい。この場合には、図９に示すように、少なくとも１つの光源から出射される光ビームの中心を、第２の領域１２Ｂ内に配置することが好ましい。

また、図１０に示すように、複数の光源のうちの、第１の光源から出射された光ビームの中心Ｌ１を第１の領域１２Ａ内に配置し、第２の光源から出射された光ビームの中心Ｌ２を、第３の領域１２Ｃ内に配置してもよい。この場合、第３の光源から出射された光ビームの中心Ｌ３の位置は特に限定されない。また、第３の光源はなくてもよい。

第１及び第２の実施形態において光情報記録媒体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、各実施形態において、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、各実施形態において、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。

以上のように、各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、各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、各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。

本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第２の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。 本発明の第２の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。 本発明の第２の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。 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。

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
１２ａ 格子溝
１３Ａ 第１のサブブロック
１３Ｂ 第２のサブブロック
１３Ｃ 第３のサブブロック
１３Ｄ 第４のサブブロック
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
３１ｂ サブビーム
３１ｃ サブビーム
５１ 光情報記録媒体
５１ａ 案内溝

Claims (16)

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と、
   前記各集光スポットとして照射された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第１方向に延びる第１の分割線及び第２の分割線により、互いに位相が異なる周期構造を有する第１の領域、第２の領域及び第３の領域に分割されており、
   前記第２の領域は、前記第１の領域と前記第３の領域との間に配置され、且つ、前記第１方向に延びる第３の分割線と前記第１方向と交差する第２方向に延びる第４の分割線とにより第１のサブブロック、第２のサブブロック、第３のサブブロック及び第４のサブブロックに分割されており、
   前記第１のサブブロックと前記第２のサブブロックと及び前記第３のサブブロックと前記第４のサブブロックとは、それぞれ前記第２方向に隣接して配置され、
   前記第１のサブブロックと前記第３のサブブロックと及び前記第２のサブブロックと前記第４のサブブロックとは、それぞれ前記第１方向に隣接して配置され、
   前記第１のサブブロックと前記第４のサブブロックと及び前記第２のサブブロックと前記第３のサブブロックとは、それぞれ前記周期構造の位相が互いに等しく、
   前記第１のサブブロック及び第４のサブブロックと前記第２のサブブロック及び第３のサブブロックとは、前記周期構造の位相が略１８０度異なり、
   前記第１の領域と前記第２の領域の各サブブロックとは、前記周期構造の位相が略９０度異なり、
   前記第１の領域と前記第３の領域とは、前記周期構造の位相が略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の分割線と前記第３の分割線との間隔と、前記第２の分割線と前記第３の分割線との間隔とは実質的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. 前記第１のサブブロックの面積と、前記第２のサブブロックの面積と、前記第３のサブブロックの面積と、前記第４のサブブロックの面積とは実質的に等しい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. 前記光源から出射された出射光ビームの中心は、前記回折格子における前記第３の分割線と前記第４の分割線との交点に配置されてい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. 前記光源は複数であり、
   前記光源のうちの少なくとも１つから出射された出射光ビームの中心が、前記回折格子における前記第３の分割線と前記第４の分割線との交点に配置されてい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。
6. 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ぶ直線が、前記第３の分割線と交差することを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
7. 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と、
   前記各集光スポットとして照射された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第１方向に延びる第１の分割線及び第２の分割線により、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の領域及び第３の領域に分割されており、
   前記第２の領域は、前記第１の領域と前記第３の領域との間に配置され、且つ、前記第１方向に延びる少なくとも２本の第３の分割線により、少なくとも２つの第１のサブブロックと少なくとも１つの第２のサブブロックとに分割されており、
   前記第１のサブブロックと前記第２のサブブロックとは、交互に配置され且つ前記周期構造の位相が略１８０度異なり、
   前記第１の領域と前記第２の領域の各サブブロックとは、前記周期構造の位相が略９０度異なり、
   前記第１の領域と前記第３の領域とは、前記周期構造の位相が略１８０度異なることを特徴とする光ピックアップ装置。
8. 前記第１のサブブロックの前記第２方向の長さと前記第２のサブブロックの前記第２方向の長さとは、実質的に等しいことを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ装置。
9. 前記第１のサブブロックの数と前記第２のサブブロックの数とは等しいことを特徴とする請求項７又は８記載の光ピックアップ装置。
10. 前記光源から出射された出射光ビームの中心は、前記回折格子の前記第２領域内に配置されていることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
11. 前記光源は複数であり、
    前記光源のうちの少なくとも１つから出射された出射光ビームの中心は、前記回折格子における前記第２の領域内に配置されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
12. 前記光源は第１の光源と第２の光源を含み、
    前記第１の光源から出射される出射光ビームの中心は、前記回折格子における前記第１領域内又は前記第１の分割線上に配置され、
    前記第２の光源から出射された出射光ビームの中心は、前記回折格子における前記第３の領域内又は前記第２の分割線上に配置されていることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
13. 前記少なくとも３本の光ビームは、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から１２のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
14. 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１５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
15. 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１４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
16. 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１５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。

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