JP3590637B2 - 光学ヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクなどの情報記録媒体に光学的に情報を記録、再生または消去する光学ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光学ヘッドにおけるトラッキング誤差信号検出に関する技術についての報告は数多くなされている。代表的な技術の１つとして、いわゆるプッシュプル方式が広く一般に知られ、実用化されている。
【０００３】
以下にプッシュプル方式の光学ヘッドについて説明する。この光ヘッドにおいて、光源より発せられた光は、対物レンズにより光ディスクの情報記録面上に集光され、微小光スポットを形成する。この面上には、情報トラックの連続溝が螺旋状に形成されている。光ディスクからの反射光は、分割線により区分された２つの受光領域を有する２分割光検出器に入射する。図１〜図３において、左側に２分割光検出器が示される。２つの受光領域での２つの光検出信号は差動増幅されてトラッキング誤差信号が得られる。この信号に対応して対物レンズの位置を制御してトラッキングが制御される。微小光スポットのフォーカス制御がなされているときには、微小光スポットと情報トラックの連続溝との位置ずれに応じて、連続溝による光の回折の影響で、反射光束の光量分布に変化が生じる。通常の光ディスクと光ヘッドを用いると、光検出器上での反射光束の光量分布は、連続溝による回折光の０次光と、＋１次光および−１次光との干渉によって説明できることが知られている。図１〜図３における円状の光束の中の２つの斜線部は、その干渉領域を示しており、これら２つの領域の光量が連続溝と微小光スポットとの位置ずれに応じて非対称となるため、差動信号がトラッキング誤差信号となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の光学ヘッドは、簡単な構成でトラッキング誤差信号を検出することが可能である。しかしながら、目標とする情報トラックに追随するための対物レンズの移動あるいは光ディスクの傾きによって、トラッキング誤差信号にオフセットが生じるという問題点を有している。以下に、この問題点について説明する。図１〜図３は、３つの場合における２分割光検出器上の光束の位置と、そのとき得られるトラッキング誤差信号を示す。図の右側のグラフの横軸X'はトラックと微小光スポットの中心との相対位置を示しており、このトラッキング誤差信号は、フォーカス制御が動作しているときに、微小光スポットが情報トラックを横断したときに生じる波形を模したものである。図１は、対物レンズが基準とするＸ＝０の位置にある場合を示す。光束は分割線に関して対称に位置するため、トラッキング誤差信号は、基準電圧に対して対称に変化するオフセットのない波形となる。しかし、図２に示すように、対物レンズがＸ方向（図では＋の向き）に移動した場合、光検出器上の光束の位置が移動し、分割線に関する光量分布の対称性が崩れるため、トラッキング誤差信号に基準電圧に対して＋方向のオフセットが加わる。トラッキング誤差信号の正の最大電圧をＡ、負の最大電圧をＢとすると、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）で表される値が20％を越えると、一般にトラッキングの制御性が低下する。
【０００５】
さらに、光ディスクが光検出器に対してθ方向に傾いたとき、光検出器上の光束の光量分布は非対称となる。図３は対物レンズがθ方向の−の向きに傾いた場合を示す。この場合にも２分割光検出器上の光束の位置が移動するため、光ディスクの傾きはオフセット発生の原因となるが、この場合にはさらに、微小スポットが情報トラックの中心にある場合であっても、光束の斜線部で表される左右の干渉領域が非対称になり、トラッキング誤差信号にオフセットが生じる。従って、光ディスクがθ方向の＋向きに傾いている状態で対物レンズがＸ方向の＋向きに移動すると、トラッキング誤差信号に含まれるオフセットは加算的に悪化する。情報トラックの中心とトラッキング誤差信号が０となる位置のずれをオフトラックと呼ぶと、一般の光ディスクにおいて前記オフトラックが許容される範囲は0.1μｍ程度である。光学ヘッドにおいて安定なトラッキング制御が必要とされる範囲は一般には、対物レンズの移動は200μｍ程度、光ディスクの傾きは１゜程度である。しかし、従来のプッシュプル方式では、Ｘの値が100μｍ且つθ方向の傾きが0.5゜のとき、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値が35％に、オフトラックが0.12μｍになり、両方の値が許容範囲を超えてしまう。
【０００６】
このような特性上の問題点を有するプッシュプル方式の光学ヘッドを搭載した従来の光ディスク再生装置では、目標情報トラックへの高速検索や、大きな偏心、例えば100μｍ以上の偏心、を有する光ディスクに対応するために、光学ヘッドを高速かつ高精度に移動可能な光学ヘッド搬送手段を必要とする。このため、簡単な構成の光学ヘッドを用いているが、光ディスク再生装置としては高価なものになってしまうという問題があった。また、そのような光学ヘッド搬送手段は、高速かつ高精度を要求されるので、外部からの衝撃や振動に対する許容度を大きくすることが容易でない。このため、持ち運び可能な小型の光ディスク再生装置にはプッシュプル方式の光学ヘッドを適用し難いという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、プッシュプル方式の利点であった光学ヘッド構成の簡単さを保ちながら、この方式の欠点であるトラッキング方向への対物レンズの移動と光ディスクの傾きに伴うトラッキング誤差信号のオフセットを低減することによって、対物レンズの移動と光ディスクの傾きに対する許容度の大きい光学ヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの見地では、光学ヘッドは、光源と、光源からの光を集光する光学系と、光学系を制御して情報記録媒体上に光スポットを形成するフォーカス制御器と、情報記録媒体からの反射光束における複数の光束部分を検出する受光手段と、受光手段により検出された複数の光束部分の信号を演算してトラッキング誤差信号を出力する演算手段と、トラッキング誤差信号に基づいて光学系を制御し、情報記録媒体上に形成された情報トラックに光スポットを追随させるトラッキング制御器とを備える。前記の受光手段により検出される複数の光束部分の間の境界が、情報トラックの方向にそった第１の分割線により定められ、（好ましくは反射光束の中、情報トラックから回折された０次と１次の回折光が重なる領域の一部を遮蔽する）少なくとも１つの遮光領域が光束の中心を通り第１の分割線に垂直な第２の線に対称的に配置される。情報記録媒体上に設置される場合、第１の分割線は、情報トラックと光学的に対応する方向と平行に設定する。ここで、受光手段は、第１の分割線と、第 １の分割線に交差する第２と第３の分割線とにより区画 される光束部分を受光し、前記の少なくとも１つの遮光 領域が第２と第３の分割線の間に配置される。演算手段 は、第１、第２及び第３の分割線で分割された光束部分 の信号のうち、第２及び第３の分割線の間の光束部分の うち第１の分割線で分割された一方の光束部分の受光領 域から得られる信号と他方の光束部分の受光領域から得 られる信号の差と、第２及び第３の分割線の外側の光束 部分のうち第１の分割線で分割された一方の光束部分の 受光領域から得られる信号と他方の光束部分の受光領域 から得られる信号の差とによりトラッキング誤差信号を 得る。こうして、光ディスクの傾きの影響を大きく受けた光量分布となる領域を遮蔽領域により取り除いて、反射光束を複数に分割して受光する。したがって、光ディスクの傾きに起因するトラッキング誤差信号のオフセットを提言することができる。また、受光手段は、反射光 束をたとえば６つの光束に分割する。第２と第３の分割 線を設けて反射光束を分割すると、受光手段の受光する 光束は、反射光束の０次光と１次光の干渉の影響が大き い領域と小さい領域に分離できる。このため、反射光束 の移動によって生じるトラッキング誤差信号のオフセッ トを選択的に補正することができる。
【０００９】
好ましくは、前記の少なくとも１つの遮光領域の、前記の第１の分割線と同方向の幅Ｖは、前記の複数の光束部分が受光手段により検出される面における光束径をＤ、前記の光学系の開口数をNA、波長をλ、情報トラックのトラックピッチをｄとすると、
【数４】
を満すように設定される。このように遮光領域の幅Ｖを設定して光束を分割して受光すると、トラッキング誤差信号の信号光量を十分に確保しつつ、光ディスクの傾きの影響を大きく受けた光量分布となる領域を遮蔽できる。このため、光ディスクの傾きによる影響の少ないトラッキング誤差信号が得られる。また、遮光領域を対物レンズの移動方向と平行に設けると、対物レンズの移動に伴う反射光束の移動があっても同様の効果が得られる。
【００１０】
好ましくは、前記の少なくとも１つの遮光領域が、第 １の分割線の両側に存在する第１遮光部分と、第１の分 割線に関して第１の遮光部分の外側に配置される第２と 第３の遮光部分とからなる。好ましくは、前記の第２と 第３の遮光部分の内側境界線の間隔Ｗは、前記の複数の 光束部分が前記の受光手段により検出される面における 光束の最大移動量をａ、前記の受光手段により検出され る前記の複数の光束部分を含む前記の面における光束径 をＤとしたとき、
【数５】
を満たすように設定する。ここに、Ｄは光束径である。
【００１１】
好ましくは、前記の第２と第３の分割線の間隔Ｕは、複数の光束部分が受光手段により検出される面における光束径をＤ、前記の光学系の開口数をNA、波長をλ、情報トラックのトラックピッチをｄとすると、
【数６】
を満すように設定する。このように第２と第３の分割線を配置すると、第２と第３の分割線の外側に反射光束の干渉領域がほとんど、あるいは全く含まれない。したがって、光ディスクの傾きによる影響の少ない、反射光束の移動に対応した信号のみを選択的に取り出すことができ、反射光束の移動によって生じるオフセットの補正に有利である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学ヘッドの好適な実施の形態について図面を参照しながら詳しく説明する。なお、図面において、同じ参照記号は同じかまたは同等のものをさす。
【００１３】
第１の実施の形態
図４は、本発明の第１の実施の形態による光学ヘッドを示す。この光学ヘッドにおいて、対物レンズ５が、情報記録媒体である光ディスク７に面して位置される。光ディスク７上には情報トラックである連続溝が螺旋状に形成されており、この連続溝の接線方向は、図４では紙面に垂直方向である。アクチュエータ６は、フォーカス制御部14とトラッキング制御部15により制御され、対物レンズ５をＸとＹ方向に移動させる。ここにＸ方向は、トラックを横切る方向であり、Ｙ方向は、トラックに垂直な方向である。対物レンズ５と多分割光検出器８の間に、光ヘッドの光軸１にそって、光軸と45゜の角度で２つのハーフミラー３、４が配置される。光源２は、光軸１と離れて第１のハーフミラー３の横に位置される。光源２から発生される光ビームは、第１のハーフミラー３により反射されて対物レンズ５に入射する。こうして光学系により集光された光ビームは、光ディスク７上に微小光スポットを形成する。光ディスク７からの反射光は、対物レンズ５と第１のハーフミラー３をとおり、第２のハーフミラー４で２つの光束に分離される。ハーフミラー４で反射した一方の光束は、フォーカス制御部14にフォーカス誤差信号として入射する。フォーカス制御手段としてのフォーカス制御部14は、この入射光に対応して、光ディスク７に形成された情報トラックに微小光スポットを追随させる。すなわち、フォーカス制御部14は、面ぶれなどによって生じるフォーカス誤差信号を検出し、光ディスク７の情報記録面に微小光スポットが形成されるように、フォーカス誤差信号に応じてアクチュエータ６を制御し、対物レンズ５をＹ方向の＋または−の向きに移動させる。また、透過した他方の光束は、光検出器８に入射する。光検出器８については後で詳細に説明するが、多分割光検出器８で分割された光束を各々受光して得られた複数の出力信号は、演算回路である差動アンプ10、11、12をへて、トラッキング制御手段としてのトラッキング制御部15に入力される。なお、図４においては、光検出器８からの複数の出力信号と差動アンプ10、11、12との接続を説明するために、この点に関して、光検出器８を光軸側からみた図をも示している。トラッキング制御部15は、フォーカス制御の動作後に、トラッキング誤差信号に応じて情報トラックの連続溝の中心に微小光スポットを導くようにアクチュエータ６を制御し、対物レンズ５を光ヘッドの光軸１を基準としてＸ方向の＋と−の向きに移動させる。なお、この光学ヘッドは、さらにフォーカス信号検出部、情報信号検出部などを有するが、ここでは図示と説明を省略する。なお、この実施の形態を請求の範囲の記載と対比すると、ハーフミラー３、４と対物レンズ５が請求の範囲の光学系に相当し、光検出器８と差動アンプ10、11、12が請求の範囲のトラッキング誤差信号を得る手段に相当する。また、アクチュエータ６は、フォーカス制御手段とトラッキング制御手段に含まれる。
【００１４】
次に、図５に示す本実施形態の多分割光検出器８について説明する。この光検出器８は、長方形の受光領域を備え、この受光領域は、光検知器８に入射する光束13より広い。この受光領域において、反射光束を複数の光束に分割するため、図において縦方向に受光領域を２分する直線状の分割線9aが設けられ、さらに、分割線9aと直交し、光軸に関して上下に対称に配置された分割線9b、9cが設けられる。分割線9aは、情報トラックと光学的に対応する方向と平行である。さらに、反射光束13の一部を遮蔽する遮光領域8iが、２つの分割線9b、9cの内側に分割線9aと直交する方向に設けられる。遮蔽領域8iは、第１の分割線9aに対して対称に配置され、反射光束13の内、情報トラックから回折された０次光と１次光が重なる領域の一部を遮蔽する。この第１、第２および第３の分割線9a、9b、9cおよび遮光領域8iにより、光検出器８の受光領域は、８個の分割領域8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g、8hに区分される。なお、領域8c,8eは、つながった一つの領域である必要はなく、遮光領域8iの形状によっては２つ以上の領域に分けてもよい。図５では２つの領域に分割している。領域8d、8fについても同様である。
【００１５】
このように、光ディスクからの反射光束は、第１、第２および第３の分割線9a、9bおよび9cにより、遮光領域8iを除くと６つの領域に分割される。第１の分割線9aを上下方向に見たとき、左上を第１の領域8a、右上を第２の領域8b、中央の左を第３の領域8c,8e、中央の右を第４の領域8d,8f、左下を第５の領域8g、右下を第６の領域8hとする。これらの領域に入射した光束は次のように演算される。第１と第５の領域8a,8gを通過した光束の和と第２と第６の領域8b,8hを通過した光束の和とを各々検出した信号の差動信号と、第３の領域8c,8eと第４の領域8d,8fを通過した光束から各々検出される信号の差動信号とを求め、次に両者の差動信号を求めて、トラッキング誤差信号とする。
【００１６】
演算について具体的に説明すると、図４に示すように、第１と第７の受光領域8a、8gは、差動アンプ10の−端子に接続され、第２と第６の受光領域8b、8hは、差動アンプ10の＋端子に接続される。一方、第３の受光領域8c、8eは、差動アンプ11の−端子に接続され、第４の受光領域8d、8fは、差動アンプ11の＋端子に接続される。さらに、両差動アンプ10、11の出力信号は、第３の差動アンプ12の−端子と＋端子に接続され、差動アンプ12の出力信号（トラッキング誤差信号）は、トラッキング制御部15に入力される。こうして、図４に示す結線による加算により、各領域の名前8a〜8fをその領域の検出光量とし、差動アンプ10、11のゲインをG1、G2とすると、次の量TEが第３の差動アンプ12に入力される。
TE＝G1×（8a＋8g−8b−8h）
−G2×（8c＋8e−8d−8f） （４）
（ここで、各領域の名前8a〜8fはその領域の検出光量を表わす。）すなわち、受光領域8aと8gの信号の和と、受光領域8bと8hの信号の和とがゲインG1の差動アンプ10で差動増幅され、受光領域8cと8eの信号の和と、受光領域8dと8fの信号の和とがゲインG2の差動アンプ11で差動増幅される。さらに、差動アンプ12により差動アンプ10、11の出力信号の差TEが演算されてトラッキング誤差信号が得られ、トラッキング制御部15に導かれる。
【００１７】
図６〜図８は、３つの場合における検出器８上の光束13を示す。ここで、図６は、対物レンズ５が基準位置にあり、光ディスク７の傾きがない場合を示し、図７は、対物レンズ５がＸ方向の＋向きに移動した場合を示し、図８は、対物レンズ５が基準位置で光ディスク７がθ方向の−側に傾いた場合を示す。図６〜図８において、光束13の中の２つの斜線部13a、13bは、光ディスク７の情報トラックから回折された０次と＋１次と−１次の回折光が重なる領域を示す。
【００１８】
図６の場合、光束13は分割線9aに関して対称に位置するため、差動アンプ12の出力信号はオフセットのないトラッキング誤差信号となる。一方、図７の場合、光束13が右方向に移動しているため分割線9aに関する対称性は崩れ、各領域に含まれる光束13の面積は、領域8b、8d、8f、8hが増え、領域8a、8c、8e、8gが減る。トラッキング誤差信号として検出すべき光束の光量分布変化は干渉領域13a、13bに現れるため、この干渉領域13a、13bを主に含む領域8c、8eと8d、8fの光量差が問題となる。これらの領域では、干渉領域13a、13bの光量差とは別に、光束13の移動により領域に含まれる０次光領域の面積が変わるために、オフセットが生じる。一方、8a、8b、8g、8hの領域は主に０次光が入射する領域であり、光束の移動による対称性の変化が現れている。従って、上述の信号TE
TE＝G1×（8a＋8g−8b−8h）
−G2×（8c＋8e−8d−8f） （４）
において、補正ゲインG1、G2を適当な値に設定すると、光束の移動によるオフセットが選択的に補正される。
【００１９】
図８の場合、光ディスク７が傾いているために、干渉領域13a、13bの中に光ディスク７の傾きに対応した光量差が発生する領域13c、13dが生じる。しかし、この領域13c、13dは遮蔽領域8iで遮蔽されているため、トラッキング誤差信号への影響は少ない。またトラッキング方向と平行に遮蔽領域8iを設けているので、対物レンズ５の移動がある場合にもこの効果は変わらない。
【００２０】
図９は、前述したオフトラックの値を種々の条件の下で数値計算により求めたグラフであり、本実施例の光ヘッドを従来の２分割プッシュプル方式を用いた光学ヘッドの場合と比較する。オフトラックとは、光学ヘッドがトラック中心から移動したとき、ゼロトラッキング誤差信号の位置の、トラック中心からの移動である。また、図９は、次式の値の数値計算の結果を示すグラフである。
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ） （５）
ここで、Ａは、トラッキング誤差信号の正の最大電圧、Ｂは、負の最大電圧である。縦軸はラジアル方向の対物レンズ５の移動0.33mmと光ディスク７の傾き１゜とを組み合わせた４つの条件を示している。また、「OLシフト」は対物レンズ５の移動を、「傾き」は光ディスク７の傾きを意味している。また、図９と図10では、本実施形態による結果を「発明」として示し、２分割プッシュプル方式の結果を「PP」として示している。
【００２１】
計算条件は、次のとおりである。光ディスク７の情報トラックの連続溝の幅は1.1μｍ、深さは100nm、ピッチは1.6μｍ、光学ヘッドの対物レンズ５の焦点距離は4mm、開口数は0.45、光源１の波長は780nmである。多分割検出器８による光束分割の割合は、U/D＝0.82、V/D＝0.21、W/D＝0.79、ゲイン比G2/G1＝2.8とした。いずれの場合も、この実施の形態の結果が従来方式に比べてオフトラック、式（４）の（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値ともに低い値に抑えられている。すなわち、光ディスクの傾き１゜、対物レンズの移動量0.33mmという実用的な値の組合せに対しても、オフトラック0.1μｍ以下、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値が20％以下という条件を、十分な余裕を持って満たしていることがわかる。
【００２２】
以上に説明したように、この光検出器８では、領域13c、13dを覆う遮光領域8iを設けることにより、光ディスク７の影響が抑制される。さらに、第２と第３の分割線9b、9cを設けて反射光束を分割する。こうして分割された光束について、第１、第２、第５および第６の領域8a、8b、8g、8hの信号に所定の係数を乗じて第３と第４の領域8c、8d、8e、8fの信号とともに所定の演算を行うことにより、反射光束13の移動によって生じるトラッキング誤差信号のオフセットを補正することができる。
【００２３】
好ましくは、第２と第３の分割線9b、9cは次のように設定される。第２と第３の分割線9b、9cの間隔Ｕは、光束径をＤ、第２と第３の分割線9b、9cの間隔をＵ、開口数をNA、波長をλ、情報トラックピッチをｄとしたとき、次の式（３）を満たす。
【数７】
第２と第３の分割線9b、9cについての式（３）の条件は、第１、第２、第５および第６の領域8a、8b、8g、8hに反射光束13の干渉領域13a、13bがほとんどまたは全く含まれないように定められる。こうして、反射光束13の移動に対応した信号のみを選択的に取り出すことができ、反射光束13の移動によって生じるオフセットの補正に有利である。第２と第３の分割線9b、9cの間隔Ｕを式（３）よりも広げると、補正のための信号が小さくなりすぎるという欠点がある。また、間隔Ｕを式（３）よりも狭くすると、補正のための信号に含まれる反射光束の干渉領域13a、13bの影響が大きくなり、トラッキング誤差信号の品質を劣化させる。
【００２４】
また、好ましくは、遮光領域8iの、第１の分割線9aと同方向の幅Ｖは、光束径をＤ、開口数をNA、波長をλ、情報トラックピッチをｄとすると、次の式（１）を満たすように設けられる。
【数８】
遮光領域8iについての式（１）の条件は、トラッキング誤差信号の信号光量を十分に確保しつつ、光ディスク７の傾きの影響を大きく受けた光量分布となる領域を遮蔽するように定められる。式（１）を満たすように遮光領域8iを設けて光束を分割して受光すると、光ディスク７の傾きによる影響の少ないトラッキング誤差信号が得られる。遮光領域8iの幅Ｖを式（１）よりも広げるとトラッキング誤差信号が小さくなりすぎるという欠点がある。また、幅Ｖを式（１）よりも狭くするとトラッキング誤差信号に含まれる反射光束の領域13c、13dの影響が大きくなり、トラッキング誤差信号の品質を劣化させる。また、遮光領域8iを対物レンズ５の移動方向と平行に設けると、対物レンズ５の移動に伴う反射光束13の移動があっても同様の効果が得られる。
【００２５】
なお、本実施形態では第１の遮光領域8iを長方形としたが、実質的に同等な領域であれば、前記第１の遮光領域は２つの台形の上底を張り合わせたような形状であっても、境界線が曲線であってもかまわない。また、第１の遮光領域は分断された２つ以上の領域であってもよい。また、第２と第３の分割線は、第１の分割線とほぼ垂直であれば、曲線であってもよい。
【００２６】
第２の実施の形態
図11は、本発明の第２の実施の形態における多分割光検出器108の光束分割を示した説明図である。この実施の形態の第１の実施の形態との違いは多分割光検出器108の光束分割のみである。光学ヘッドの構成と動作は第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。図11と図５の違いは、第２と第３の分割線より内側に光束の周辺部を遮蔽する領域を設けたことである。
【００２７】
この光検出器108において、図５に示す光検出器８と同様に、図において縦方向に光束を２分する分割線109a、および、分割線109aと直交し、光軸に関して上下に対称に配置された分割線109b、109cを設ける。分割線109aは、情報トラックと光学的に対応する方向と平行である。さらに、分割線109b、109cの内側に分割線109aと直交する方向に、反射光束の一部を遮蔽する第１の遮光領域108iを設けて、光束を遮蔽するとともに、反射光束13をさらに分割する。また、第２と第３の遮光領域108jと108kが、第２と第３の分割線109b、109cより内側に、光束13の、第１の分割線109aに関して反対側の周辺部を遮蔽するように設けられる。第２と第３の遮光領域108j、108kは、第１の分割線109aに関して対称に配置される。図11に示す例では、第２と第３の遮光領域108j、108kは、第１の分割線に平行な境界線の外側を占め、第１の遮光領域108iは、境界線に接する。この第１、第２および第３の分割線109a、109b、109cと、第１、第２および第３の遮光領域108i、108j、108kとにより、受光領域は、８個の分割領域108a、108b、108c、108d、108e、108f、108g、108hに区分される。このように光束を分割するので、反射光束13が移動した場合でも、トラッキング誤差信号の検出領域は第１の分割線9aから左右に等距離の範囲に制限される。このため、光束の移動によって生じる信号のオフセット量を低減でき、式（５）における補正係数G1/G2を小さくできる。補正係数が小さくなると、その値の最適値からのずれに対する許容量が大きくなるため、補正係数の設定が容易になる。
【００２８】
好ましくは、光束の片側最大移動量をａとしたとき、第２と第３の遮光領域108j、108kの内側境界線の間隔Ｗは、次の式（２）を満たすように設けられる。ここに、Ｄは光束径である。
【数９】
遮光領域108j、108kの間隔Ｗを式（２）よりも広げると、光束の移動により影響を受けない部分を十分に遮蔽できないので、補正の量が大きくなるという欠点がある。また、間隔Ｗを式（２）よりも狭くすると補正のための信号が少なくなるという欠点がある。
【００２９】
なお、第１の実施の形態の場合と同様に、好ましくは、第１の遮光領域108iの、第１の分割線109aと同方向の幅Ｖは、光束径をＤ、開口数をNA、波長をλ、情報トラックピッチをｄとすると、次の式（１）を満たすように設けられる。
【数１０】
【００３０】
また、本実施形態では、第２と第３の遮光部分108j、108kは、第１の遮光部分108iとの各々直線状の境界線を有する連続した領域としたが、実質的に同等な領域であれば、この境界線は曲線であってもよいし、各々２つ以上の領域に分かれていてもよい。
【００３１】
図12は、第２の実施の形態の変形例の光検出器の光束分割を示す。図11に示した例と同様に、第１の遮光領域108iの他に、光束の周辺を遮蔽する第２と第３の遮光領域108j'と108k'が、第２と第３の分割線109b、109cより内側に設けられる。しかし、第２と第３の遮光領域108j'と108k'は、第１遮光領域108iとは不連続である。この例では、反射光束は６つに分割されることになる。光束の周辺部を遮光するので、光束の移動によって生じる信号のオフセット量を低減でき、式（４）における補正係数G1/G2の設定が容易になる。
【００３２】
図13は、第２の実施の形態の他の変形例の光検出器の光束分割を示す。図11に示した例と同様に、第１の遮光領域108iに連続して、光束の周辺を遮蔽する第２と第３の遮光領域108j"と108k"が、第２と第３の分割線109b、109cより内側に設けられる。しかし、第２と第３の遮光領域108j"と108k"の巾は、図10に示した例とは異なり、第１遮光領域108iに接する部分では第１遮光領域108iと同じであるが、しだいに増加し、受光領域の境界では第２と第３の境界線109bと109cの間隔になる。この変形例も、光束の周辺部を遮光するので、光束の移動によって生じる信号のオフセット量を低減でき、式（４）における補正係数G1/G2の設定が容易になる。
【００３３】
第３の実施の形態
図14は、本発明の第３の実施の形態における光ヘッドの構成を示し、図15は、本実施形態の多分割光検出器208の光束分割を説明する。この実施の形態の第１の実施の形態との違いは多分割光検出器208の光束分割と信号の演算のみである。光学ヘッドの構成と動作は、その他の点では第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。光検出器208による光束は、第１実施形態の光検出器８の場合より簡単である。
【００３４】
光検出器208の長方形受光領域において、分割線209が光束を縦方向に２分する。分割線209は、情報トラックと光学的に対応する方向と平行である。さらに少なくとも１つの遮光領域208eが、この分割線209に対して対称に配置され、反射光束のうち、情報トラックから回折された０次と１次の回折光が重なる領域13a、13bの中の、光ディスク７の傾きにより影響される領域13c、13dを遮蔽する。こうして、光検出器208の受光領域は、分割線209により分割されるとともに、さらに分割線209に対称的な遮光領域208eを設けて、４つの領域208a、208b、208c、208dが形成される。
【００３５】
なお、領域208a,208cは、つながった一つの領域である必要はなく、遮光領域208eの形状によっては２つ以上の領域に分けてもよい。図15では２つの領域に分割している。領域8b、8dについても同様である。これらの領域の信号の演算において、第１領域の２つの領域208a、208cは、差動増幅器210の−端子に結合され、第２領域の２つの領域208b、208dは、＋端子に結合される。差動増幅器210の出力信号は、トラッキング誤差信号としてトラッキング制御器15に送られる。
【００３６】
このように反射光束13を分割すると、領域13c、13dが覆われるので、光ディスク７の傾きによって生じるトラッキング誤差信号のオフセットを低減できる。このため、光束の移動が小さく、オフセット発生の原因として光ディスク７の傾きが支配的であるような条件下では、安定なトラッキング制御が可能な光学ヘッドが実現できる。
【００３７】
第１実施形態におけるように、好ましくは、遮光領域208eの、分割線209と同方向の幅Ｖは、光束径をＤ、開口数をNA、波長をλ、情報トラックピッチをｄとすると、次の式（１）を満たすように設けられる。
【数１１】
遮光領域208eについての式（１）の条件は、トラッキング誤差信号の信号光量を十分に確保しつつ、光ディスク７の傾きの影響を大きく受けた光量分布となる領域を遮蔽するように定められる。式（１）を満たすように遮光領域208eを設けて光束13を分割して受光すると、光ディスク７の傾きによる影響の少ないトラッキング誤差信号が得られる。また、遮光領域208eを対物レンズ５の移動方向と平行に設けると、対物レンズ５の移動に伴う反射光束13の移動があっても同様の効果が得られる。
【００３８】
なお、遮光領域は、第２実施形態のように、複数の領域、すなわち、分割線109と直交する方向に、反射光束の一部を遮蔽する第１の遮光領域と、光束の周辺部を遮蔽する第２と第３の遮光領域からなっていてもよい。この第２と第３の遮光領域は、分割線109に関して対称に配置される。このとき、第２と第３の遮光領域の間隔Ｗは、式（２）を満足するように設定する。
【００３９】
図16は、第３の実施の形態の変形例の光検出器の光束分割を示す。図15に示した例と異なり、遮光領域は、分離された２つの領域208e'と208f'からなる。これらは、分割線209に関して対称的に両側に設けられる。遮光領域208e'、208e"は、反射光束のうち、回折光が重なる領域13a,13bのうち光ディスク７の傾きにより影響される領域を遮蔽できる。このため、光ディスク７の傾きによって生じるトラッキング誤差信号のオフセットを低減できる。なお、第１と第２の実施形態において示した例においても、同様に、遮光領域8i、108iを分離された２つの部分から構成してもよい。
【００４０】
以上に説明した実施の形態において、受光する光束が多分割光検出器８、108、208において分割される。しかし、本発明による光学ヘッドは、光検出器の代わりに、光路中に置かれた光束分岐光学素子であってもよい。例えば光学素子は複数の部分に分割される回折格子を有する回折素子または多数のプリズムを平面的に配した素子である。
【００４１】
また、上述の実施の形態では、光ディスク７の情報トラックが連続溝であった。しかし、差動アンプ10、11、12、210とトラッキング制御部15が適切なローパスフィルターの特性を有していれば、ピット列からなる情報トラックについても同様にオフセットの少ないトラッキング誤差信号が得られる。
【００４２】
なお、本発明はその実施形態について添付の図面を参照して充分に説明されたが、当業者にとって明らかなように、本願発明は上述の実施形態に限定さず、本願発明の種々の変形が可能である。それらの変形は、請求の範囲に記載された発明の範囲内で本発明に含まれる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の光学ヘッドの１つの効果は、対物レンズのトラッキング方向の移動や、情報記録媒体である光ディスクなどの傾きによって生じるトラッキング誤差信号のオフセットが少ない光学ヘッドを簡単な構成で実現することができることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】対物レンズが基準位置にあり、光ディスクの傾きがない場合におけるプッシュプル方式の光検出器上の光束の位置と、トラッキング誤差信号を示す図である。
【図２】対物レンズがＸ方向の＋向きに移動した場合におけるプッシュプル方式の光検出器上の光束の位置と、トラッキング誤差信号を示す図である。
【図３】対物レンズが基準位置で光ディスクがθ方向の−側に傾いた場合におけるプッシュプル方式の光検出器上の光束の位置と、トラッキング誤差信号を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による光学ヘッドの構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による光検出器の光束分割の説明図である。
【図６】対物レンズが基準位置にあり、光ディスクの傾きがない場合における光検出器上の光束の位置を概念的に示す図である。
【図７】対物レンズがＸ方向の＋向きに移動した場合における光検出器上の光束の位置を概念的に示す図である。
【図８】対物レンズが基準位置で光ディスクがθ方向の−側に傾いた場合における光検出器上の光束の位置を概念的に示す図である。
【図９】種々の条件の下での本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおけるオフトラックを示すグラフである。
【図１０】種々の条件の下での本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による光検出器の光束分割の説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の変形例の光検出器の光束分割の説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の他の変形例の光検出器の光束分割の説明図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態による光学ヘッドの光束分割の説明図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態による光検出器の光束分割の説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態の変形例の光検出器の光束分割の説明図である。
【符号の説明】
２ 光源、８ 受光手段、9a、109a 第１の分割線、8i、108j、108k、108l、108k"、108l" 遮光領域、13 光束、14 フォーカス制御器、15 トラッキング制御器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクなどの情報記録媒体に光学的に情報を記録、再生または消去する光学ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光学ヘッドにおけるトラッキング誤差信号検出に関する技術についての報告は数多くなされている。代表的な技術の１つとして、いわゆるプッシュプル方式が広く一般に知られ、実用化されている。
【０００３】
以下にプッシュプル方式の光学ヘッドについて説明する。この光ヘッドにおいて、光源より発せられた光は、対物レンズにより光ディスクの情報記録面上に集光され、微小光スポットを形成する。この面上には、情報トラックの連続溝が螺旋状に形成されている。光ディスクからの反射光は、分割線により区分された２つの受光領域を有する２分割光検出器に入射する。図１〜図３において、左側に２分割光検出器が示される。２つの受光領域での２つの光検出信号は差動増幅されてトラッキング誤差信号が得られる。この信号に対応して対物レンズの位置を制御してトラッキングが制御される。微小光スポットのフォーカス制御がなされているときには、微小光スポットと情報トラックの連続溝との位置ずれに応じて、連続溝による光の回折の影響で、反射光束の光量分布に変化が生じる。通常の光ディスクと光ヘッドを用いると、光検出器上での反射光束の光量分布は、連続溝による回折光の０次光と、＋１次光および−１次光との干渉によって説明できることが知られている。図１〜図３における円状の光束の中の２つの斜線部は、その干渉領域を示しており、これら２つの領域の光量が連続溝と微小光スポットとの位置ずれに応じて非対称となるため、差動信号がトラッキング誤差信号となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の光学ヘッドは、簡単な構成でトラッキング誤差信号を検出することが可能である。しかしながら、目標とする情報トラックに追随するための対物レンズの移動あるいは光ディスクの傾きによって、トラッキング誤差信号にオフセットが生じるという問題点を有している。以下に、この問題点について説明する。図１〜図３は、３つの場合における２分割光検出器上の光束の位置と、そのとき得られるトラッキング誤差信号を示す。図の右側のグラフの横軸X'はトラックと微小光スポットの中心との相対位置を示しており、このトラッキング誤差信号は、フォーカス制御が動作しているときに、微小光スポットが情報トラックを横断したときに生じる波形を模したものである。図１は、対物レンズが基準とするＸ＝０の位置にある場合を示す。光束は分割線に関して対称に位置するため、トラッキング誤差信号は、基準電圧に対して対称に変化するオフセットのない波形となる。しかし、図２に示すように、対物レンズがＸ方向（図では＋の向き）に移動した場合、光検出器上の光束の位置が移動し、分割線に関する光量分布の対称性が崩れるため、トラッキング誤差信号に基準電圧に対して＋方向のオフセットが加わる。トラッキング誤差信号の正の最大電圧をＡ、負の最大電圧をＢとすると、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）で表される値が20％を越えると、一般にトラッキングの制御性が低下する。
【０００５】
さらに、光ディスクが光検出器に対してθ方向に傾いたとき、光検出器上の光束の光量分布は非対称となる。図３は対物レンズがθ方向の−の向きに傾いた場合を示す。この場合にも２分割光検出器上の光束の位置が移動するため、光ディスクの傾きはオフセット発生の原因となるが、この場合にはさらに、微小スポットが情報トラックの中心にある場合であっても、光束の斜線部で表される左右の干渉領域が非対称になり、トラッキング誤差信号にオフセットが生じる。従って、光ディスクがθ方向の＋向きに傾いている状態で対物レンズがＸ方向の＋向きに移動すると、トラッキング誤差信号に含まれるオフセットは加算的に悪化する。情報トラックの中心とトラッキング誤差信号が０となる位置のずれをオフトラックと呼ぶと、一般の光ディスクにおいて前記オフトラックが許容される範囲は0.1μｍ程度である。光学ヘッドにおいて安定なトラッキング制御が必要とされる範囲は一般には、対物レンズの移動は200μｍ程度、光ディスクの傾きは１゜程度である。しかし、従来のプッシュプル方式では、Ｘの値が100μｍ且つθ方向の傾きが0.5゜のとき、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値が35％に、オフトラックが0.12μｍになり、両方の値が許容範囲を超えてしまう。
【０００６】
このような特性上の問題点を有するプッシュプル方式の光学ヘッドを搭載した従来の光ディスク再生装置では、目標情報トラックへの高速検索や、大きな偏心、例えば100μｍ以上の偏心、を有する光ディスクに対応するために、光学ヘッドを高速かつ高精度に移動可能な光学ヘッド搬送手段を必要とする。このため、簡単な構成の光学ヘッドを用いているが、光ディスク再生装置としては高価なものになってしまうという問題があった。また、そのような光学ヘッド搬送手段は、高速かつ高精度を要求されるので、外部からの衝撃や振動に対する許容度を大きくすることが容易でない。このため、持ち運び可能な小型の光ディスク再生装置にはプッシュプル方式の光学ヘッドを適用し難いという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、プッシュプル方式の利点であった光学ヘッド構成の簡単さを保ちながら、この方式の欠点であるトラッキング方向への対物レンズの移動と光ディスクの傾きに伴うトラッキング誤差信号のオフセットを低減することによって、対物レンズの移動と光ディスクの傾きに対する許容度の大きい光学ヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの見地では、光学ヘッドは、光源と、光源からの光を集光する光学系と、光学系を制御して情報記録媒体上に光スポットを形成するフォーカス制御器と、情報記録媒体からの反射光束における複数の光束部分を検出する受光手段と、受光手段により検出された複数の光束部分の信号を演算してトラッキング誤差信号を出力する演算手段と、トラッキング誤差信号に基づいて光学系を制御し、情報記録媒体上に形成された情報トラックに光スポットを追随させるトラッキング制御器とを備える。前記の受光手段により検出される複数の光束部分の間の境界が、情報トラックの方向にそった第１の分割線により定められ、（好ましくは反射光束の中、情報トラックから回折された０次と１次の回折光が重なる領域の一部を遮蔽する）少なくとも１つの遮光領域が光束の中心を通り第１の分割線に垂直な第２の線に対称的に配置される。情報記録媒体上に設置される場合、第１の分割線は、情報トラックと光学的に対応する方向と平行に設定する。ここで、受光手段は、第１の分割線と、第 １の分割線に交差する第２と第３の分割線とにより区画 される光束部分を受光し、前記の少なくとも１つの遮光 領域が第２と第３の分割線の間に配置される。演算手段 は、第１、第２及び第３の分割線で分割された光束部分 の信号のうち、第２及び第３の分割線の間の光束部分の うち第１の分割線で分割された一方の光束部分の受光領 域から得られる信号と他方の光束部分の受光領域から得 られる信号の差と、第２及び第３の分割線の外側の光束 部分のうち第１の分割線で分割された一方の光束部分の 受光領域から得られる信号と他方の光束部分の受光領域 から得られる信号の差とによりトラッキング誤差信号を 得る。こうして、光ディスクの傾きの影響を大きく受けた光量分布となる領域を遮蔽領域により取り除いて、反射光束を複数に分割して受光する。したがって、光ディスクの傾きに起因するトラッキング誤差信号のオフセットを提言することができる。また、受光手段は、反射光 束をたとえば６つの光束に分割する。第２と第３の分割 線を設けて反射光束を分割すると、受光手段の受光する 光束は、反射光束の０次光と１次光の干渉の影響が大き い領域と小さい領域に分離できる。このため、反射光束 の移動によって生じるトラッキング誤差信号のオフセッ トを選択的に補正することができる。
【０００９】
好ましくは、前記の少なくとも１つの遮光領域の、前記の第１の分割線と同方向の幅Ｖは、前記の複数の光束部分が受光手段により検出される面における光束径をＤ、前記の光学系の開口数をNA、波長をλ、情報トラックのトラックピッチをｄとすると、
【数４】
【００１０】
好ましくは、前記の少なくとも１つの遮光領域が、第 １の分割線の両側に存在する第１遮光部分と、第１の分 割線に関して第１の遮光部分の外側に配置される第２と 第３の遮光部分とからなる。好ましくは、前記の第２と 第３の遮光部分の内側境界線の間隔Ｗは、前記の複数の 光束部分が前記の受光手段により検出される面における 光束の最大移動量をａ、前記の受光手段により検出され る前記の複数の光束部分を含む前記の面における光束径 をＤとしたとき、
【数５】
【００１１】
好ましくは、前記の第２と第３の分割線の間隔Ｕは、複数の光束部分が受光手段により検出される面における光束径をＤ、前記の光学系の開口数をNA、波長をλ、情報トラックのトラックピッチをｄとすると、
【数６】
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学ヘッドの好適な実施の形態について図面を参照しながら詳しく説明する。なお、図面において、同じ参照記号は同じかまたは同等のものをさす。
【００１３】
第１の実施の形態
図４は、本発明の第１の実施の形態による光学ヘッドを示す。この光学ヘッドにおいて、対物レンズ５が、情報記録媒体である光ディスク７に面して位置される。光ディスク７上には情報トラックである連続溝が螺旋状に形成されており、この連続溝の接線方向は、図４では紙面に垂直方向である。アクチュエータ６は、フォーカス制御部14とトラッキング制御部15により制御され、対物レンズ５をＸとＹ方向に移動させる。ここにＸ方向は、トラックを横切る方向であり、Ｙ方向は、トラックに垂直な方向である。対物レンズ５と多分割光検出器８の間に、光ヘッドの光軸１にそって、光軸と45゜の角度で２つのハーフミラー３、４が配置される。光源２は、光軸１と離れて第１のハーフミラー３の横に位置される。光源２から発生される光ビームは、第１のハーフミラー３により反射されて対物レンズ５に入射する。こうして光学系により集光された光ビームは、光ディスク７上に微小光スポットを形成する。光ディスク７からの反射光は、対物レンズ５と第１のハーフミラー３をとおり、第２のハーフミラー４で２つの光束に分離される。ハーフミラー４で反射した一方の光束は、フォーカス制御部14にフォーカス誤差信号として入射する。フォーカス制御手段としてのフォーカス制御部14は、この入射光に対応して、光ディスク７に形成された情報トラックに微小光スポットを追随させる。すなわち、フォーカス制御部14は、面ぶれなどによって生じるフォーカス誤差信号を検出し、光ディスク７の情報記録面に微小光スポットが形成されるように、フォーカス誤差信号に応じてアクチュエータ６を制御し、対物レンズ５をＹ方向の＋または−の向きに移動させる。また、透過した他方の光束は、光検出器８に入射する。光検出器８については後で詳細に説明するが、多分割光検出器８で分割された光束を各々受光して得られた複数の出力信号は、演算回路である差動アンプ10、11、12をへて、トラッキング制御手段としてのトラッキング制御部15に入力される。なお、図４においては、光検出器８からの複数の出力信号と差動アンプ10、11、12との接続を説明するために、この点に関して、光検出器８を光軸側からみた図をも示している。トラッキング制御部15は、フォーカス制御の動作後に、トラッキング誤差信号に応じて情報トラックの連続溝の中心に微小光スポットを導くようにアクチュエータ６を制御し、対物レンズ５を光ヘッドの光軸１を基準としてＸ方向の＋と−の向きに移動させる。なお、この光学ヘッドは、さらにフォーカス信号検出部、情報信号検出部などを有するが、ここでは図示と説明を省略する。なお、この実施の形態を請求の範囲の記載と対比すると、ハーフミラー３、４と対物レンズ５が請求の範囲の光学系に相当し、光検出器８と差動アンプ10、11、12が請求の範囲のトラッキング誤差信号を得る手段に相当する。また、アクチュエータ６は、フォーカス制御手段とトラッキング制御手段に含まれる。
【００１４】
次に、図５に示す本実施形態の多分割光検出器８について説明する。この光検出器８は、長方形の受光領域を備え、この受光領域は、光検知器８に入射する光束13より広い。この受光領域において、反射光束を複数の光束に分割するため、図において縦方向に受光領域を２分する直線状の分割線9aが設けられ、さらに、分割線9aと直交し、光軸に関して上下に対称に配置された分割線9b、9cが設けられる。分割線9aは、情報トラックと光学的に対応する方向と平行である。さらに、反射光束13の一部を遮蔽する遮光領域8iが、２つの分割線9b、9cの内側に分割線9aと直交する方向に設けられる。遮蔽領域8iは、第１の分割線9aに対して対称に配置され、反射光束13の内、情報トラックから回折された０次光と１次光が重なる領域の一部を遮蔽する。この第１、第２および第３の分割線9a、9b、9cおよび遮光領域8iにより、光検出器８の受光領域は、８個の分割領域8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g、8hに区分される。なお、領域8c,8eは、つながった一つの領域である必要はなく、遮光領域8iの形状によっては２つ以上の領域に分けてもよい。図５では２つの領域に分割している。領域8d、8fについても同様である。
【００１５】
このように、光ディスクからの反射光束は、第１、第２および第３の分割線9a、9bおよび9cにより、遮光領域8iを除くと６つの領域に分割される。第１の分割線9aを上下方向に見たとき、左上を第１の領域8a、右上を第２の領域8b、中央の左を第３の領域8c,8e、中央の右を第４の領域8d,8f、左下を第５の領域8g、右下を第６の領域8hとする。これらの領域に入射した光束は次のように演算される。第１と第５の領域8a,8gを通過した光束の和と第２と第６の領域8b,8hを通過した光束の和とを各々検出した信号の差動信号と、第３の領域8c,8eと第４の領域8d,8fを通過した光束から各々検出される信号の差動信号とを求め、次に両者の差動信号を求めて、トラッキング誤差信号とする。
【００１６】
演算について具体的に説明すると、図４に示すように、第１と第７の受光領域8a、8gは、差動アンプ10の−端子に接続され、第２と第６の受光領域8b、8hは、差動アンプ10の＋端子に接続される。一方、第３の受光領域8c、8eは、差動アンプ11の−端子に接続され、第４の受光領域8d、8fは、差動アンプ11の＋端子に接続される。さらに、両差動アンプ10、11の出力信号は、第３の差動アンプ12の−端子と＋端子に接続され、差動アンプ12の出力信号（トラッキング誤差信号）は、トラッキング制御部15に入力される。こうして、図４に示す結線による加算により、各領域の名前8a〜8fをその領域の検出光量とし、差動アンプ10、11のゲインをG1、G2とすると、次の量TEが第３の差動アンプ12に入力される。
TE＝G1×（8a＋8g−8b−8h）
−G2×（8c＋8e−8d−8f） （４）
（ここで、各領域の名前8a〜8fはその領域の検出光量を表わす。）すなわち、受光領域8aと8gの信号の和と、受光領域8bと8hの信号の和とがゲインG1の差動アンプ10で差動増幅され、受光領域8cと8eの信号の和と、受光領域8dと8fの信号の和とがゲインG2の差動アンプ11で差動増幅される。さらに、差動アンプ12により差動アンプ10、11の出力信号の差TEが演算されてトラッキング誤差信号が得られ、トラッキング制御部15に導かれる。
【００１７】
図６〜図８は、３つの場合における検出器８上の光束13を示す。ここで、図６は、対物レンズ５が基準位置にあり、光ディスク７の傾きがない場合を示し、図７は、対物レンズ５がＸ方向の＋向きに移動した場合を示し、図８は、対物レンズ５が基準位置で光ディスク７がθ方向の−側に傾いた場合を示す。図６〜図８において、光束13の中の２つの斜線部13a、13bは、光ディスク７の情報トラックから回折された０次と＋１次と−１次の回折光が重なる領域を示す。
【００１８】
図６の場合、光束13は分割線9aに関して対称に位置するため、差動アンプ12の出力信号はオフセットのないトラッキング誤差信号となる。一方、図７の場合、光束13が右方向に移動しているため分割線9aに関する対称性は崩れ、各領域に含まれる光束13の面積は、領域8b、8d、8f、8hが増え、領域8a、8c、8e、8gが減る。トラッキング誤差信号として検出すべき光束の光量分布変化は干渉領域13a、13bに現れるため、この干渉領域13a、13bを主に含む領域8c、8eと8d、8fの光量差が問題となる。これらの領域では、干渉領域13a、13bの光量差とは別に、光束13の移動により領域に含まれる０次光領域の面積が変わるために、オフセットが生じる。一方、8a、8b、8g、8hの領域は主に０次光が入射する領域であり、光束の移動による対称性の変化が現れている。従って、上述の信号TE
TE＝G1×（8a＋8g−8b−8h）
−G2×（8c＋8e−8d−8f） （４）
において、補正ゲインG1、G2を適当な値に設定すると、光束の移動によるオフセットが選択的に補正される。
【００１９】
図８の場合、光ディスク７が傾いているために、干渉領域13a、13bの中に光ディスク７の傾きに対応した光量差が発生する領域13c、13dが生じる。しかし、この領域13c、13dは遮蔽領域8iで遮蔽されているため、トラッキング誤差信号への影響は少ない。またトラッキング方向と平行に遮蔽領域8iを設けているので、対物レンズ５の移動がある場合にもこの効果は変わらない。
【００２０】
図９は、前述したオフトラックの値を種々の条件の下で数値計算により求めたグラフであり、本実施例の光ヘッドを従来の２分割プッシュプル方式を用いた光学ヘッドの場合と比較する。オフトラックとは、光学ヘッドがトラック中心から移動したとき、ゼロトラッキング誤差信号の位置の、トラック中心からの移動である。また、図９は、次式の値の数値計算の結果を示すグラフである。
（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ） （５）
ここで、Ａは、トラッキング誤差信号の正の最大電圧、Ｂは、負の最大電圧である。縦軸はラジアル方向の対物レンズ５の移動0.33mmと光ディスク７の傾き１゜とを組み合わせた４つの条件を示している。また、「OLシフト」は対物レンズ５の移動を、「傾き」は光ディスク７の傾きを意味している。また、図９と図10では、本実施形態による結果を「発明」として示し、２分割プッシュプル方式の結果を「PP」として示している。
【００２１】
計算条件は、次のとおりである。光ディスク７の情報トラックの連続溝の幅は1.1μｍ、深さは100nm、ピッチは1.6μｍ、光学ヘッドの対物レンズ５の焦点距離は4mm、開口数は0.45、光源１の波長は780nmである。多分割検出器８による光束分割の割合は、U/D＝0.82、V/D＝0.21、W/D＝0.79、ゲイン比G2/G1＝2.8とした。いずれの場合も、この実施の形態の結果が従来方式に比べてオフトラック、式（４）の（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値ともに低い値に抑えられている。すなわち、光ディスクの傾き１゜、対物レンズの移動量0.33mmという実用的な値の組合せに対しても、オフトラック0.1μｍ以下、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値が20％以下という条件を、十分な余裕を持って満たしていることがわかる。
【００２２】
以上に説明したように、この光検出器８では、領域13c、13dを覆う遮光領域8iを設けることにより、光ディスク７の影響が抑制される。さらに、第２と第３の分割線9b、9cを設けて反射光束を分割する。こうして分割された光束について、第１、第２、第５および第６の領域8a、8b、8g、8hの信号に所定の係数を乗じて第３と第４の領域8c、8d、8e、8fの信号とともに所定の演算を行うことにより、反射光束13の移動によって生じるトラッキング誤差信号のオフセットを補正することができる。
【００２３】
好ましくは、第２と第３の分割線9b、9cは次のように設定される。第２と第３の分割線9b、9cの間隔Ｕは、光束径をＤ、第２と第３の分割線9b、9cの間隔をＵ、開口数をNA、波長をλ、情報トラックピッチをｄとしたとき、次の式（３）を満たす。
【数７】
【００２４】
また、好ましくは、遮光領域8iの、第１の分割線9aと同方向の幅Ｖは、光束径をＤ、開口数をNA、波長をλ、情報トラックピッチをｄとすると、次の式（１）を満たすように設けられる。
【数８】
【００２５】
なお、本実施形態では第１の遮光領域8iを長方形としたが、実質的に同等な領域であれば、前記第１の遮光領域は２つの台形の上底を張り合わせたような形状であっても、境界線が曲線であってもかまわない。また、第１の遮光領域は分断された２つ以上の領域であってもよい。また、第２と第３の分割線は、第１の分割線とほぼ垂直であれば、曲線であってもよい。
【００２６】
第２の実施の形態
図11は、本発明の第２の実施の形態における多分割光検出器108の光束分割を示した説明図である。この実施の形態の第１の実施の形態との違いは多分割光検出器108の光束分割のみである。光学ヘッドの構成と動作は第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。図11と図５の違いは、第２と第３の分割線より内側に光束の周辺部を遮蔽する領域を設けたことである。
【００２７】
この光検出器108において、図５に示す光検出器８と同様に、図において縦方向に光束を２分する分割線109a、および、分割線109aと直交し、光軸に関して上下に対称に配置された分割線109b、109cを設ける。分割線109aは、情報トラックと光学的に対応する方向と平行である。さらに、分割線109b、109cの内側に分割線109aと直交する方向に、反射光束の一部を遮蔽する第１の遮光領域108iを設けて、光束を遮蔽するとともに、反射光束13をさらに分割する。また、第２と第３の遮光領域108jと108kが、第２と第３の分割線109b、109cより内側に、光束13の、第１の分割線109aに関して反対側の周辺部を遮蔽するように設けられる。第２と第３の遮光領域108j、108kは、第１の分割線109aに関して対称に配置される。図11に示す例では、第２と第３の遮光領域108j、108kは、第１の分割線に平行な境界線の外側を占め、第１の遮光領域108iは、境界線に接する。この第１、第２および第３の分割線109a、109b、109cと、第１、第２および第３の遮光領域108i、108j、108kとにより、受光領域は、８個の分割領域108a、108b、108c、108d、108e、108f、108g、108hに区分される。このように光束を分割するので、反射光束13が移動した場合でも、トラッキング誤差信号の検出領域は第１の分割線9aから左右に等距離の範囲に制限される。このため、光束の移動によって生じる信号のオフセット量を低減でき、式（５）における補正係数G1/G2を小さくできる。補正係数が小さくなると、その値の最適値からのずれに対する許容量が大きくなるため、補正係数の設定が容易になる。
【００２８】
好ましくは、光束の片側最大移動量をａとしたとき、第２と第３の遮光領域108j、108kの内側境界線の間隔Ｗは、次の式（２）を満たすように設けられる。ここに、Ｄは光束径である。
【数９】
【００２９】
なお、第１の実施の形態の場合と同様に、好ましくは、第１の遮光領域108iの、第１の分割線109aと同方向の幅Ｖは、光束径をＤ、開口数をNA、波長をλ、情報トラックピッチをｄとすると、次の式（１）を満たすように設けられる。
【数１０】
また、本実施形態では、第２と第３の遮光部分108j、108kは、第１の遮光部分108iとの各々直線状の境界線を有する連続した領域としたが、実質的に同等な領域であれば、この境界線は曲線であってもよいし、各々２つ以上の領域に分かれていてもよい。
【００３１】
図12は、第２の実施の形態の変形例の光検出器の光束分割を示す。図11に示した例と同様に、第１の遮光領域108iの他に、光束の周辺を遮蔽する第２と第３の遮光領域108j'と108k'が、第２と第３の分割線109b、109cより内側に設けられる。しかし、第２と第３の遮光領域108j'と108k'は、第１遮光領域108iとは不連続である。この例では、反射光束は６つに分割されることになる。光束の周辺部を遮光するので、光束の移動によって生じる信号のオフセット量を低減でき、式（４）における補正係数G1/G2の設定が容易になる。
【００３２】
図13は、第２の実施の形態の他の変形例の光検出器の光束分割を示す。図11に示した例と同様に、第１の遮光領域108iに連続して、光束の周辺を遮蔽する第２と第３の遮光領域108j"と108k"が、第２と第３の分割線109b、109cより内側に設けられる。しかし、第２と第３の遮光領域108j"と108k"の巾は、図10に示した例とは異なり、第１遮光領域108iに接する部分では第１遮光領域108iと同じであるが、しだいに増加し、受光領域の境界では第２と第３の境界線109bと109cの間隔になる。この変形例も、光束の周辺部を遮光するので、光束の移動によって生じる信号のオフセット量を低減でき、式（４）における補正係数G1/G2の設定が容易になる。
【００３３】
第３の実施の形態
図14は、本発明の第３の実施の形態における光ヘッドの構成を示し、図15は、本実施形態の多分割光検出器208の光束分割を説明する。この実施の形態の第１の実施の形態との違いは多分割光検出器208の光束分割と信号の演算のみである。光学ヘッドの構成と動作は、その他の点では第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。光検出器208による光束は、第１実施形態の光検出器８の場合より簡単である。
【００３４】
光検出器208の長方形受光領域において、分割線209が光束を縦方向に２分する。分割線209は、情報トラックと光学的に対応する方向と平行である。さらに少なくとも１つの遮光領域208eが、この分割線209に対して対称に配置され、反射光束のうち、情報トラックから回折された０次と１次の回折光が重なる領域13a、13bの中の、光ディスク７の傾きにより影響される領域13c、13dを遮蔽する。こうして、光検出器208の受光領域は、分割線209により分割されるとともに、さらに分割線209に対称的な遮光領域208eを設けて、４つの領域208a、208b、208c、208dが形成される。
【００３５】
なお、領域208a,208cは、つながった一つの領域である必要はなく、遮光領域208eの形状によっては２つ以上の領域に分けてもよい。図15では２つの領域に分割している。領域8b、8dについても同様である。これらの領域の信号の演算において、第１領域の２つの領域208a、208cは、差動増幅器210の−端子に結合され、第２領域の２つの領域208b、208dは、＋端子に結合される。差動増幅器210の出力信号は、トラッキング誤差信号としてトラッキング制御器15に送られる。
【００３６】
このように反射光束13を分割すると、領域13c、13dが覆われるので、光ディスク７の傾きによって生じるトラッキング誤差信号のオフセットを低減できる。このため、光束の移動が小さく、オフセット発生の原因として光ディスク７の傾きが支配的であるような条件下では、安定なトラッキング制御が可能な光学ヘッドが実現できる。
【００３７】
第１実施形態におけるように、好ましくは、遮光領域208eの、分割線209と同方向の幅Ｖは、光束径をＤ、開口数をNA、波長をλ、情報トラックピッチをｄとすると、次の式（１）を満たすように設けられる。
【数１１】
【００３８】
なお、遮光領域は、第２実施形態のように、複数の領域、すなわち、分割線109と直交する方向に、反射光束の一部を遮蔽する第１の遮光領域と、光束の周辺部を遮蔽する第２と第３の遮光領域からなっていてもよい。この第２と第３の遮光領域は、分割線109に関して対称に配置される。このとき、第２と第３の遮光領域の間隔Ｗは、式（２）を満足するように設定する。
【００３９】
図16は、第３の実施の形態の変形例の光検出器の光束分割を示す。図15に示した例と異なり、遮光領域は、分離された２つの領域208e'と208f'からなる。これらは、分割線209に関して対称的に両側に設けられる。遮光領域208e'、208e"は、反射光束のうち、回折光が重なる領域13a,13bのうち光ディスク７の傾きにより影響される領域を遮蔽できる。このため、光ディスク７の傾きによって生じるトラッキング誤差信号のオフセットを低減できる。なお、第１と第２の実施形態において示した例においても、同様に、遮光領域8i、108iを分離された２つの部分から構成してもよい。
【００４０】
以上に説明した実施の形態において、受光する光束が多分割光検出器８、108、208において分割される。しかし、本発明による光学ヘッドは、光検出器の代わりに、光路中に置かれた光束分岐光学素子であってもよい。例えば光学素子は複数の部分に分割される回折格子を有する回折素子または多数のプリズムを平面的に配した素子である。
【００４１】
また、上述の実施の形態では、光ディスク７の情報トラックが連続溝であった。しかし、差動アンプ10、11、12、210とトラッキング制御部15が適切なローパスフィルターの特性を有していれば、ピット列からなる情報トラックについても同様にオフセットの少ないトラッキング誤差信号が得られる。
【００４２】
なお、本発明はその実施形態について添付の図面を参照して充分に説明されたが、当業者にとって明らかなように、本願発明は上述の実施形態に限定さず、本願発明の種々の変形が可能である。それらの変形は、請求の範囲に記載された発明の範囲内で本発明に含まれる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の光学ヘッドの１つの効果は、対物レンズのトラッキング方向の移動や、情報記録媒体である光ディスクなどの傾きによって生じるトラッキング誤差信号のオフセットが少ない光学ヘッドを簡単な構成で実現することができることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】対物レンズが基準位置にあり、光ディスクの傾きがない場合におけるプッシュプル方式の光検出器上の光束の位置と、トラッキング誤差信号を示す図である。
【図２】対物レンズがＸ方向の＋向きに移動した場合におけるプッシュプル方式の光検出器上の光束の位置と、トラッキング誤差信号を示す図である。
【図３】対物レンズが基準位置で光ディスクがθ方向の−側に傾いた場合におけるプッシュプル方式の光検出器上の光束の位置と、トラッキング誤差信号を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による光学ヘッドの構成を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による光検出器の光束分割の説明図である。
【図６】対物レンズが基準位置にあり、光ディスクの傾きがない場合における光検出器上の光束の位置を概念的に示す図である。
【図７】対物レンズがＸ方向の＋向きに移動した場合における光検出器上の光束の位置を概念的に示す図である。
【図８】対物レンズが基準位置で光ディスクがθ方向の−側に傾いた場合における光検出器上の光束の位置を概念的に示す図である。
【図９】種々の条件の下での本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおけるオフトラックを示すグラフである。
【図１０】種々の条件の下での本発明の第１の実施の形態の光学ヘッドにおける（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による光検出器の光束分割の説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の変形例の光検出器の光束分割の説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の他の変形例の光検出器の光束分割の説明図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態による光学ヘッドの光束分割の説明図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態による光検出器の光束分割の説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態の変形例の光検出器の光束分割の説明図である。
【符号の説明】
２ 光源、８ 受光手段、9a、109a 第１の分割線、8i、108j、108k、108l、108k"、108l" 遮光領域、13 光束、14 フォーカス制御器、15 トラッキング制御器。
Claims (12)
- 光源（２）と、光源からの光を集光する光学系と、光学系を制御して情報記録媒体上に光スポットを形成するフォーカス制御器（14）と、情報記録媒体からの反射光束における複数の光束部分を検出する受光手段（８）と、受光手段により検出された複数の光束部分の信号を演算してトラッキング誤差信号を出力する演算手段と、トラッキング誤差信号に基づいて光学系を制御し、情報記録媒体上に形成された情報トラックに光スポットを追随させるトラッキング制御器（15）とを備え、
前記の受光手段により検出される複数の光束部分の間の境界が、情報トラックの方向にそった第１の分割線（9a,109a）により定められ、少なくとも１つの遮光領域（8i,108j,108k,108l,108k",108l"）が光束（13）の中心を通り第１の分割線に垂直な第２の線に対称的に配置され、
前記の受光手段は、第１の分割線と、第１の分割線に交 差する第２と第３の分割線（9b,9c）とにより区画され る光束部分を受光し、前記の少なくとも１つの遮光領域 が第２と第３の分割線の間に配置され、
前記の演算手段は、第１、第２及び第３の分割線で分割された光束部分の信号のうち、第２及び第３の分割線の 間の光束部分のうち第１の分割線で分割された一方の光 束部分の受光領域から得られる信号と他方の光束部分の受光領域から得られる信号の差と、第２及び第３の分割 線の外側の光束部分のうち第１の分割線で分割された一 方の光束部分の受光領域から得られる信号と他方の光束 部分の受光領域から得られる信号の差とによりトラッキング誤差信号を得ることを特徴とする光学ヘッド。 - 前記の受光手段は、複数の受光領域を有する受光素子を備えることを特徴とする請求項１に記載された光学ヘッド。
- 前記の受光手段は、複数の部分に分割される回折格子を有する光学素子を備えることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
- 前記の受光手段は、複数のプリズムを平面的に配した素子を備えることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
- 前記の少なくとも１つの遮光領域は長方形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された光学ヘッド。
- 前記の少なくとも１つの遮光領域は、情報トラックから回折された０次と１次の回折光が相互に重なる光束の部分（13a,13b）を遮光する形状を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された光学ヘッド。
- 前記の少なくとも１つの遮光領域の、前記の第１の分割線と同方向の幅Ｖは、前記の複数の光束部分が受光手段により検出される面における光束径をＤ、前記の光学系の開口数をNA、波長をλ、情報トラックのトラックピッチをｄとすると、
- 前記の少なくとも１つの遮光領域が、第１の分割線（109a）の両側に存在する第１遮光部分（108j）と、第１の分割線に関して第１の遮光部分の外側に配置される第２と第３の遮光部分（108k,108l,108k',108l',108k",108l"）とからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載された光学ヘッド。
- 前記の第２と第３の遮光部分の内側境界線 の間隔Ｗは、前記の複数の光束部分が前記の受光手段に より検出される面における光束の最大移動量をａ、前記 の受光手段により検出される前記の複数の光束部分を含 む前記の面における光束径をＤとしたとき、
- 前記の第２と第３の分割線の間隔Ｕは、 複数の光束部分が受光手段により検出される面における 光束径をＤ、前記の光学系の開口数をNA、波長をλ、情 報トラックのトラックピッチをｄとすると、
- 前記の受光手段は、第１、第２および第 ３の分割線（109a,109b,109c）と、前記の第１、第２お よび第３の分割線により囲まれる２つの光束部分の各々 を２つに分割しないように前記の第２と第３の分割線の 間に存在する前記の少なくとも１つの遮光領域（108j,1 08k',108l'）とにより区画される６つの光束部分を受光 することを特徴とする請求項１に記載された光学ヘッ ド。
- 前記の少なくとも１つの遮光領域は、第 １、第２および第３の分割線により囲まれる２つの光束 部分の各々を２つに分割するように位置し、前記の受光 手段は、第１、第２および第３の分割線と前記の少なく とも１つの遮光領域（8i,108j,108k",108l"）とにより 区画される８つの光束部分を受光することを特徴とする 請求項１に記載された光学ヘッド。
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