JP3779705B2 - 光ヘッド、ｌｄモジュール、光記録再生装置及び光記録再生装置に用いる回折素子 - Google Patents

Description

本発明は、光ヘッド、ＬＤモジュール、光記録再生装置及びそれらに用いる回折素子に関する。

光ディスクの種類が多様化している現在、複数種の仕様の光ディスクに対して安定したトラッキングを達成する光記録再生装置及び光ヘッドが望まれる。つまり、光記録再生装置において、光ディスク上の所定のトラックに情報データを記録するためには、光ディスクの目標トラック上へ光ヘッドを移動させて、目標トラック上にビームを照射させなければならない。この場合に用いられるトラッキング誤差の検出方法は、（１）位相差検出法及びヘテロダイン法のように、トラッキング誤差信号（以下、ＴＥ信号と称する）の生成にＲＦ信号を用いる方法、（２）３ビーム法及び差動プッシュプル（ＤＰＰ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｓｈ Ｐｕｌｌ）法のように、光ディスク上でＴＥ信号に副ビーム（±１次光）を分割して用いる方法、（３）プッシュプル法のように、主ビーム（０次光）のみでかつＲＦ信号を用いない方法に大別される。

これらのうち、（１）の方法は、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒのように、未登録部分のトラッキングサーボが必要となる媒体には適用できない。（２）の方法は、分割された副ビームを光ディスクのトラック方向に対してμｍ単位の精度で傾ける必要がある上、その間隔の最適値は光ディスクのトラックピッチに依存するため、トラックピッチが異なる複数の光ディスクに対して同時に対応できないという欠点がある。これに対して、（３）のプッシュプル方式は、第１に、ＲＦ信号の有無に依存せず、第２に、精度の高い角度調整及びディスク回転中心との高い位置精度を必要とせず、第３に、ディスクのトラックピッチの差異に対して制約がないという利点がある。そのため、光ディスクの実用化された当初から広く用いられてきた。

（３）のプッシュプル法は、図３（ｃ）に示すように、主ビームの光ディスクからの反射光を受ける受光素子からなるディテクタ５１を、光ディスクのトラック方向に平行な分割線５２とラジアル方向に平行な分割線５３により分割された４つの素子に分割し、図３（ｄ）に示す演算回路５４により、各受光素子の出力からＴＥ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）なるトラッキング誤差信号を得る方法である。主ビームのスポット５０が光ディスクのトラックの中央にあるときにはＴＥ＝０であるが、スポットがどちらかに偏るとＴＥ＞０又はＴＥ＜０となるので、このＴＥをトラッキング制御に利用するものである。尚、ラジアル方向は光ディスクの半径方向に相当する方向であり、トラック方向はそれに直交する方向であり、トラックの長さ方向である。

しかし、トラッキング制御のために対物レンズが駆動され、他の光学系に対して光ディスクがラジアル方向に相対的に移動する場合や（以下、レンズシフトと称する）、光ディスクが対物レンズに対して傾く場合がある。そのような場合、プッシュプル方式においては、受光素子からなるディテクタ５１に照射されるスポット５０の位置や強度が変化するため、生成されたＴＥ信号に直流変動が生じる（この直流変動はＤＣオフセットと称される）。

このＤＣオフセット成分を含んだままサーボをかけると、特に偏心の大きい光ディスクを用いる場合には、トラッキング性能が著しく劣化し、トラック外れを起こしやすくなる。このため、プッシュプル方式は通常このＤＣオフセットを除くための手段と併用して用いられることが多い。

このＤＣオフセットを除く方法として、光ディスクの偏心に伴うＤＣオフセットの発生量を予め見積もり、学習させてからトラッキングサーボの際にそのＤＣオフセットを補正する方式が知られている。また、別の従来方式として、光ヘッドのスレッド方向の追従性能を向上させてレンズシフトを最小限に抑える方式が知られている。更に、別の従来方式として、光ディスク上にミラー領域を設けて、このミラー部分でＤＣオフセットを補正しながらトラッキングサーボをかける方式が知られている。

しかしながら、これらはいずれも複雑な信号処理や、応答特性の良い機構部分や、特殊なフォーマットの光ディスク等を必要とするため、現実にはより構成等が簡易となり、ＤＣオフセットにも強い前記（１）及び（２）の方法の方が、実用例が多いといった状況にある。

また、ＤＣオフセットを除去する方式として、複数ビームを用いた方法（差動プッシュプル法）が用いられている（特許文献１）。この方法は、トラック方向に対して平行な方向に分割線を持つディテクタを用いている。そして、主ビームと副ビームのプッシュプル信号を検出し、各信号を差動検出することによりＤＣオフセット成分を除去する方法である。

しかしながら、この方法は、光ディスク上の主ビームに対して、副ビームの位置（トラック方向線に対する角度）が厳しく規定されている。ＤＰＰ方式においては、副ビームは主ビームのトラック位置に対してトラックピッチの１／２だけずれた位置に配置する必要がある。従って、例えばトラックピッチの整数倍ずれた位置に副ビームを配置すると、トラッキング信号が全く検出されないという欠点がある。このため、一旦これらのビームの位置を決めてしまうと、例えば光ディスクのトラックピッチが変化した場合などは、十分な品質のトラッキング信号が検出されないという欠点があった。

これに対して、ＤＣオフセットの発生が小さく、検出感度のトラック間隔に対する依存性が小さいトラッキング誤差検出方法が知られている（特許文献２）。この方法に用いられる回折格子の溝部は、トラック方向の分割線によって分割された２つの領域において、周期構造の位相差が１８０度異なっている。これにより、溝部によって回折された副ビームにおいて、トラック方向の分割線で分割された２つの半円領域で１８０度の位相差が発生する。この副ビームのプッシュプル信号は位相差を加えない場合の主ビームのプッシュプル信号に比べて位相差が１８０度異なる。従って、副ビームを主ビームと同じトラック上に配置しても、主ビームのプッシュプル信号に対して、副ビームのプッシュプル信号の位相差は１８０度ずれた信号となる。従って、副ビームを主ビームに対して１／２ピッチずらして配置しなくても、ＤＰＰ信号を検出することができる。

この方法により、ディスクのトラックピッチが変化しても問題なく十分なトラッキング信号が得られるようになった。しかしながら、副ビームの位置を高い精度で調節する必要があったため、特許文献１と同じ問題を有していた。

更に、回折素子の溝部をビームの有効径の中央部のみに形成して、ＤＣオフセット成分を削除する方法が知られている（特許文献３）。回折素子の溝部は、基板の中央部にのみ形成されているため、溝部による＋１次及び−１次回折光のビーム径は有効径に比べて小さくなる。すなわち、回折された光に対する対物レンズの開口数が実質小さくなったことになる。そのことにより、副ビームのビーム径のみを大きくすることができ、光スポットがトラックを横切るときに発生する信号（以下、トラッククロス信号と称する。）を低減することができる。そして、ＤＣオフセット成分のみを差動演算により削除することができる。この方法を用いれば、主ビームに対して副ビームがどの位置に調整されていても良好なトラッキング誤差信号が得られるので、高精度のビーム位置調整が不要となる。しかしながら、主ビームの中心付近の光のみを回折させるので、光強度分布が本来の設計に対して不自然な分布となってしまう。また、中心部の光のみが回折素子を通過するので、この部分の光の（周辺部分の光に対する）位相差も発生してしまう。従って、主ビームのスポット結像に悪影響を及ぼすおそれがあるため、仮に部分的に実用可能な記録再生特性を達成できたとしても、設計のマージンが著しく低下するので、製造コストの上昇につながるという問題があった。

更に、他の部分と位相差が発生する部分を設けた回折素子を使用してＤＣオフセット成分を除去する方法が知られている（特許文献４）。この位相反転領域を適正に設計することで、主ビームの光強度分布に影響を与えることなく、副ビームの空間周波数特性のみを変化させて、そのトラッククロス成分のみを除去し、良好なトラッキング誤差信号を得ることができる。この方法によれば、副ビームの光ディスク上の調整位置も制約を受けずにトラッキング制御が可能となる。

一方、従来の光ヘッドにおけるフォーカス誤差信号を得る方式として、ナイフエッジ方式、フーコー方式、ビームサイズ方式、非点収差方式等がある。光源と受光素子が個別に搭載された光ヘッドでは、ナイフエッジ方式や非点収差方式が普及し、両者が同一パッケージ内に搭載されたＬＤモジュールでは、ホログラムフーコー方式やビームサイズ方式が一般的に普及している。

従来技術におけるフォーカス誤差信号には、光ディスクの偏芯に伴って、トラッククロス信号が重畳し、これが外乱となってフォーカスサーボに支障を与えるという問題があった。このトラッククロス信号の重畳は、特に非点収差方式において顕著であるが、他の方式においても完全に回避できない性質のものである。

従来、このトラッククロス信号の重畳を低減するために、副ビームの一部の位相をシフトさせる特殊な回折素子を用いていた（特許文献５）。また、ディテクタの分割数を増やした受光素子と特殊な演算処理を用いて、フォーカス誤差信号における外乱を除去していた（特許文献６）。

特告平４−３４２１２号公報（第１図） 特開平９−８１９４２号公報（段落［００１８］−［００３０］、第１図） 特開平１０−１６２３８３号公報（段落［００３３］−［０１０５］、第１図） 特開２００１−２５０２５０号公報（段落［００５６］−［００９２］、第１図） 特開平１１−２９６８７５号公報（段落［００３８］−［０１１３］、第１図） 特開２０００−８２２２６号公報（段落［００１６］−［００３９］、第１図）

しかしながら、上記の特許文献に開示されている方法はすべて、結像に寄与する光ビーム光束の断面を複数の領域に分割しなければならないという問題があった。すなわち、光束の一部を回折させて副ビームの結像に用いたり、副ビームの一部に位相差を与える等の手段はすべて、光束の断面を複数の領域に分割することにより行われていた。このような方法は、結像に寄与するビームの中心軸すなわち光軸の位置が、光束の断面に対して変化しない場合にのみ有効に作動することができる。

しかし、実際のシステムにおいては、この結像に寄与する光の光軸位置は、対物レンズの光ディスクに対するラジアル方向への変位（レンズシフト）や、入射光の光軸に対するディスクの傾き（チルト）によって、容易に変化してしまう性質のものである。

この光軸のずれに対して分割された領域が変化しないようにするために、ホログラム素子を含む回折素子を対物レンズと同様にアクチュエータに搭載してしまう方法が知られている。しかしながら、可動部分への搭載部品が増加するので重くなる点や、再生信号の干渉を防ぐために往路と復路において回折光の比率を変化させるといった特殊な設計を行わなければならない等、新たな問題を誘発してしまう。

本発明は、上記の問題を解決するものであり、光束の断面を複数の領域に分割する必要がなく、簡易な構成により容易にトラッキング誤差信号におけるＤＣオフセット成分や、フォーカス誤差信号におけるトラッククロス成分を除くことができる光記録再生装置に備える光ヘッド、光ヘッド用のＬＤモジュール、光記録再生装置及びそれらに用いる回折素子を提供するものである。

請求項１記載の発明は、光源と、前記光源から出射した光を主ビームと副ビームに分割する回折素子と、前記主ビーム及び前記副ビームを光ディスク上に集光する集光手段と、前記主ビームの前記光ディスクからの反射光を検出する主ビーム検出部と、前記副ビームの前記光ディスクからの反射光を検出する副ビーム検出部とからなる光検出手段と、を有し、光記録再生装置に用いられる光ヘッドであって、前記回折素子は、周期的に波型に蛇行した格子パターンを有し、その素子による回折光の結像スポットは、その強度のピークが略左右対称に分割されていることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光ヘッドであって、前記周期的に波型に蛇行した格子パターンは、その格子パターンの振幅と周期がほぼ一定であることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光ヘッドであって、前記周期的に波型に蛇行した格子パターンは、ｓｉｎ曲線の形状であることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ヘッドは、前記光源と、前記回折素子と、前記光検出手段とがモジュール化されたことを特徴とするＬＤモジュールであることを特徴とするものである

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ヘッド又は請求項４に記載のＬＤモジュールを備え、前記主ビーム検出部及び前記副ビーム検出部は、それぞれ、前記光ディスクのトラック方向と平行する方向に２分割された２分割検出器であり、前記主ビーム及び前記副ビームの２分割検出器からの出力信号に基づいてトラッキング誤差信号を算出する演算手段を有することを特徴とする光記録再生装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光記録再生装置であって、前記演算手段は、前記主ビームの２分割検出器からプッシュプルにより得られた主ビームの信号から、前記副ビームの２分割検出器からプッシュプルにより得られた副ビームの信号を減算することにより、ＤＣオフセット成分が除去されたトラッキング誤差信号を算出することと特徴とするである。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ヘッドを備え、
前記副ビーム検出部は４分割以上に分割されており、前記４分割以上に分割された前記副ビーム検出部からの信号に基づいてフォーカス誤差信号を算出する演算手段を有することを特徴とする光記録再生装置である。

請求項８に記載の発明は、請求項４に記載のＬＤモジュールを備え、前記副ビーム検出部は２分割以上に分割されており、前記２分割以上に分割された前記副ビーム検出部からの信号に基づいてフォーカス誤差信号を算出する演算手段を有することを特徴とする光記録再生装置である。

請求項９に記載の発明は、光記録再生装置に用いられ、周期的に波型に蛇行した格子パターンを有し、光を複数本の光に分割する回折素子である。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の回折素子であって、前記周期的に波型に蛇行した格子パターンは、その格子パターンの振幅と周期がほぼ一定であることを特徴とするものである。

請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の回折素子であって、前記周期的に波型に蛇行した格子パターンは、ｓｉｎ曲線の形状であることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、波型に蛇行した格子パターンを有する回折素子を利用することにより、簡単な構成で容易にＤＣオフセット成分を除去することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明によれば、波の形状の振幅と周期がほぼ一定の格子パターンを有するか回折素子を利用することにより、容易にＤＣオフセット成分を除去することができるとともに、格子パターンが周期的に形成されているため、レンズシフトの有無にかかわらずビームを分割することが可能となる。

更に、請求項３に記載の発明によれば、格子パターンがｓｉｎ曲線の形状である回折素子を利用することにより、容易にＤＣオフセット成分を除去することができるとともに、回折素子の設計及び作製が容易となる効果を奏する。

また、請求項５及び請求項６に記載の発明によれば、主ビーム及び副ビームの光ディスクによる反射光を受光するディテクタがトラック方向に分割され、主ビームと副ビームの信号を演算処理することによりトラッキング誤差信号を算出するため、演算方式としては従来の差動プッシュプル方式と同様の構成の演算回路を使用することができ、容易に実施することが可能となる。

また、請求項７及び請求項８に記載の発明によれば、スポットサイズが拡大された副ビームを用いてフォーカス誤差信号を得るようにしたので、トラッククロス成分の少ないフォーカス誤差信号を得ることができる。このため、トラッククロス成分による外乱のない良好なフォーカス制御を行うことが可能となる。

更に、請求項９乃至請求項１１に記載の発明によれば、スポット径が大きい副ビームを得ることができるため、光ヘッドや光記録再生装置に使用することにより、容易にＤＣオフセット成分を除去することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図１５を参照しながら詳しく説明する。

（構成）
本発明の実施形態に係る光ヘッドの構成について図１を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光ヘッドの構成を示す概略図である。同図に示すように、本実施形態に係る光ヘッドは、レーザユニットからなる光源１と、光源１から出射したレーザビームを複数のビームに分割する回折素子２と、分割されたビームをビームスプリッタ４へ導くコリメータレンズ３と、コリメータレンズ３からのビームを透過し、光ディスク５からの反射光をディテクタ６側に反射させるビームスプリッタ４と、ビームスプリッタ４からのビームを光ディスク５の表面で焦点が合うように集光させる対物レンズ７と、ビームスプリッタ４により反射された反射光をディテクタ６に収束させるアナモフィックレンズ８と、フォトダイオード等からなり反射光を受光するディテクタ６と、を備えている。

尚、コリメータレンズ３、ビームスプリッタ４及び対物レンズ７が本発明の「集光手段」に相当し、ディテクタ６が本発明の「光検出手段」に相当する。

次に、本実施形態の光ヘッドに用いられる回折素子２の格子パターンについて、図２を参照しつつ説明する。図２は、格子パターンの一部を示す回折素子の上面図である。同図に示すように、回折素子２は溝２ａを有し、この溝２ａによりホログラム素子として機能する。尚、同図には回折素子２の一部のみが示されており、実際は、複数の溝２ａが周期的に形成されている。尚、溝２ａは本発明における「格子パターン」に相当する。本実施形態においては、同図に示すように、溝２ａはｓｉｎ曲線の形状をなしている。ここで、このｓｉｎ曲線の振幅の幅をＡとし、１周期の長さをＴとする。また、このような周期的なｓｉｎ曲線の形状を有することにより、溝２ａの幅は一定となる。

尚、本発明の格子パターンの形状はｓｉｎ曲線に限られず、波型に蛇行した形状であればよく、副ビームのスポット径を大きくする目的が達成されれば特にその形状は制限されない。但し、格子パターンの波の振幅と周期は回折素子２の全域において、ほぼ一定であることが望ましい。レンズシフトが発生したときに、回折素子２のどの部分にビームが入射しても同じようにビームが分割されるようにするためである。また、格子パターンの形状をｓｉｎ曲線にすることにより、格子形状のパラメータを管理しやすく、複雑な設計によらなくても本発明の効果を奏する回折素子を製造することが可能となる。

次に、ディテクタ６の構成について図３を参照しつつ説明する。図３（ａ）は、ディテクタ６の構成を示す平面図である。ディテクタ６ａは、主ビーム（０次光）の反射光を受光するための素子であり、ディテクタ６ａ上における像のトラック方向の分割線２５とラジアル方向の分割線２６により分割された４つの受光素子からなる。ディテクタ６ｂ、６ｃは、副ビーム（±１次光）の反射光を受光するための素子であり、ラジアル方向の分割線２７、２８により分割された２つの受光素子からなる。尚、ディテクタ６ａが本発明の「主ビーム検出部」に相当し、ディテクタ６ｂ、６ｃが本発明の「副ビーム検出部」に相当する。

図３（ｂ）は、ディテクタ６ａ〜６ｃの出力信号からＴＥ信号を得る演算回路を示す図である。この演算回路は、光ヘッドに搭載されるか又は光ヘッド以外の領域に設置される。同図において、演算回路３０は、主ビームの反射光を受光するディテクタ６ａの出力から（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）の演算を行うものである。演算回路３１及び３２は、それぞれ副ビームの反射光を受光するディテクタ６ｂ及び６ｃの出力から、それそれ（Ｅ−Ｆ）及び（Ｇ−Ｈ）の演算を行うものである。

演算回路３３は、演算回路３１及び３２の出力の加算（Ｅ−Ｆ）＋（Ｇ−Ｈ）とその加算値に係数αを乗じて、ＤＣオフセットの除去に適切な値を算出する回路である。係数αは、ＤＣオフセット成分が生じた場合に、演算回路３０の出力に含まれるＤＣオフセット成分の信号レベルと演算回路３３の出力である実質的にＤＣオフセットの信号レベルとが等しくなるように設定される。

演算回路３４は、演算回路３０からの出力から演算回路３３の出力を減じてＴＥ信号を算出する回路である。従って、演算回路３４の出力であるＴＥ信号は、ＴＥ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）−α［（Ｅ−Ｆ）＋（Ｇ−Ｈ）］となる。尚、これらの演算回路が本発明の「演算手段」に相当する。

（作用）
以上のような構成を有する光ヘッドの作用について、図４乃至図１５を参照しつつ説明する。

光源１から出射されたビームは回折素子２により複数のビームに分割される。そして、コリメータレンズ３、ビームスプリッタ４を透過し、対物レンズ７により光ディスク５上に結像される。この光ディスク５の上に結像されるスポットのパターンについて、図４を参照しつつ説明する。

図４（ａ）は、本発明の実施形態における回折素子２により分割されたビームの光ディスク５上におけるスポットを示す図である。同図において、光ディスク５には、トラック１１とランド１２がある。尚、本実施形態の光ディスク５には、トラック１１とランド１２のピッチが約１．５μｍのＤＶＤ−ＲＡＭを使用した。スポット２０は０次光による主ビームのスポットを示しており、スポット２１は±１次光による副ビームのスポットを示している。一方、図４（ｂ）は、従来技術に係る回折素子により分割されたビームのスポットを示す図である。同図において、スポット１３は主ビームのスポットを示しており、スポット１４は副ビームのスポットを示している

本実施形態における主ビームのスポット２０の径の大きさは、従来技術のスポット１３の径とほぼ同じ大きさとなる。しかし、本実施形態における副ビームの径は、±１次光同士を結ぶ線に対して略直交方向に長く伸びた光強度分布を示し、長軸方向のスポットの径Ｄ３は約４μｍになる。本実施形態においては、Ｄ３＞Ｄ１となる。

一方、従来技術における副ビームのスポット１４の径はＤ１となり、主ビームのスポット１３の径と等しくなる（Ｄ１＝Ｄ２）。

本実施形態における副ビームのスポットは光ディスク５上のラジアル方向に、数トラック分の広い範囲にわたって照射される。従って、副ビームによる反射光中には、ビームスポットがトラックを横切ることによって生じるトラッククロス成分（トラック１１とランド１２との反射光の強度差による成分）はほとんど含まれなくなる。換言すれば、副ビームのスポット径の増大のため、副ビームにおける光学的伝達関数（ＯＴＦ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の遮断周波数が低域側にシフトするので、空間周波数（トラックピッチの逆数）の高いトラッククロス成分が除去され、レンズシフト等によって生じるＤＣオフセット成分のみを含む信号が得られる。尚、図４（ａ）では、副ビームは主ビームと同じトラック上に照射されていないが、同じトラック上に照射されていてもよく、更に、光ディスク５上のどこに照射されていてもよい。

この副ビームの反射光を、トラック方向の分割線２５によって分割された受光素子からなるディテクタ６ｂ、６ｃによって受光し、各受光信号からの出力信号の差を算出すると、その差にはトラッククロス成分による信号はほとんど含まれないことになる。しかし、対物レンズ７が光源１やディテクタ６等の他の光学系に対して、ラジアル方向に相対的に移動すると、分割された受光素子にはその移動分の強度さが生じ、これがＤＣオフセットの量に相当する。

一方、主ビームのスポット径は、トラック（ピット）幅から一義的に決定されているため、主ビームによる反射光には、トラッククロス成分が含まれるとともにＤＣオフセット成分も含まれる。

従って、主ビームの反射光を受光したディテクタ６ａから得られるＤＣオフセット成分を含むトラッククロス信号から、副ビームの反射光を受光するディテクタ６ｂ、６ｃから得られるＤＣオフセット成分を除算すれば、ＤＣオフセット成分が除去されたＴＥ信号が得られる。

尚、この副ビームの強度分布は単調に変化するプロファイルではない。このプロファイルについて、図５を参照しつつ説明する。図５（ａ）は、副ビームのスポット２１を拡大した上面図である。同図に示すように、副ビームは光ディスク５のラジアル方向に複数のビーム２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに分割されている。図５（ｂ）は、副ビームの強度分布を示すグラフであり、横軸は、副ビームのスポット２１の中心から光ディスク５のラジアル方向への距離を示しており、縦軸は、副ビームの強度を示している。同図に示すように、副ビームは複数のビームが集合した形のプロファイルとなる。すなわち、ｓｉｎ曲線の形状を有する回折素子２による副ビームは、更に複数の回折光に分離する。同図において、ピーク２２ａはスポット２１の中心に位置するビーム２１ａのピークであり、ピーク２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、さらに分離したビーム２１ｂ、ビーム２１ｃ、ビーム２１ｄのピークである。尚、副ビームのスポット２１は、ピーク２２ａの回折光であるビーム２２ａを中心として対称となっているが、同図においては、一方の側のピークのみを示している。

この分離の間隔と溝２ａの波長Ｔとの関係を調べると、図６に示すように、ｓｉｎ曲線の１周期の長さＴに反比例の関係になる（ｓｉｎθ＝ｍλ／Ｔ：θ＝回折角、ｍ＝回折の次数、λ＝光源の波長、Ｔ＝ｓｉｎ曲線の１周期の長さ：の条件を満たす）ことが判明した。また、図７に、格子パターンのｓｉｎ曲線の振幅Ａに対する、副ビームの中心ピーク２２ａ（副ビームの０次光）と隣接ピーク２２ｂ（副ビームの±１次光）の比を示す。同図から、両者は略２次曲線的な関係を示すことが明らかになった。

これらの結果から、ｓｉｎ曲線の振幅Ａ及び副ビームにおける０次元と副ビームにおける高次回折光の強度比を適切な値に設計することにより、所望のビーム強度分布（プロファイル）を得ることが可能となる。

図８に、レンズシフトがない場合における、ディテクタ６から得られた主ビームのプッシュプル信号の波形４１ａと、副ビームのプッシュプル信号の波形４１ｂを示す。副ビームは、主ビームと比較してディスク径方向のビームスポットサイズが大きいので、副プッシュプル信号は、主プッシュプル信号と比較してトラッククロス成分の波形の振幅が小さい。尚、光ディスクにはＤＶＤ−ＲＡＭを用いた。

図９に、対物レンズ７を中立位置から光ディスクの半径方向に３ｍｍシフトさせた場合における、主ビームのプッシュプル信号の波形４２ａと、副ビームのプッシュプル信号４２ｂを示す。この場合、主プッシュプル信号と副プッシュプル信号は、ほぼ同量のＤＣオフセットが発生している。また、レンズシフトがない場合と同様に、副プッシュプル信号は、主プッシュプル信号と比較してトラッククロス成分の波形の振幅が小さい。

尚、図１０及び図１１に従来技術のプッシュプル信号の波形を示す。図１０に、レンズシフトがない場合の主ビームのプッシュプル信号の波形４３ａと、副ビームのプッシュプル信号の波形４３ｂを示す。この場合、両者のトラッククロス成分の波形の位相差はほぼ１８０度となっているため、これらの信号を差動増幅させると、トラッキング誤差信号を得ることができる。図１１に、レンズシフトがある場合の主ビームのプッシュプル信号の波形４４ａと、副ビームのプッシュプル信号の波形４４ｂを示す。両者とも、負方向にオフセットが発生している状況が確認できる。本発明の実施形態と比較すると、副プッシュプル信号のトラッククロス成分の波形の振幅が大きく、主プッシュプル信号のトラッククロス成分の振幅とほぼ同じ大きさになる。

そして、ディテクタ６の出力信号に基づいて演算回路によりトラッキング誤差信号を算出する。ここで、主ビームに関する演算回路３０の出力（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）は、図８、図９に示すように、トラッククロス信号にＤＣオフセット成分を含むものである。

一方、副ビームに関する演算回路３１、３２の出力は、それぞれ分割線２７、２８により分割された受光素子からの出力信号の差をとるものであり、その差にはトラッククロス成分による信号はほとんど含まれていない。このことは、図９の副プッシュプル信号の波形から明らかである。しかし、レンズシフトにより、ＤＣオフセットが発生しているため、その差は、実質的にＤＣオフセット成分を示すことになる。

この演算回路の演算により、主プッシュプル信号から副プッシュプル信号を除算すると、主プッシュプル信号のトラッククロス成分（ＡＣ成分）はそのまま保持され、オフセット信号成分（ＤＣ成分）は除去される。その結果、光ディスクのトラックに対する副ビームの調整位置いかんにかかわらず、常にＤＣオフセット成分が除去されたトラッキング誤差信号を得ることが可能となる。

以上の方法により、得られたトラッキング誤差信号に基づいて、トラッキング制御を行い、光ヘッドを移動させて、目標のトラックの上にビームを照射し、光ディスク上の所定のトラックに情報データを記録したり、所定のトラックから情報データを再生する。

尚、図１２に、主プッシュプル信号と副プッシュプル信号の各波形におけるＤＣオフセット成分の値を、対物レンズ５のシフト量に対してプロットしたグラフを示す。同図において、曲線４５ａが主プッシュプル信号のＤＣオフセット成分を表しており、曲線４５ｂが副プッシュプル信号のＤＣオフセット成分を表している。両者のオフセット量はレンズシフトに対してほぼ同一の傾向をもって変化しており、本実施形態の演算処理によりＤＣオフセット成分が良好に除去されることがわかる。

副ビームはトラックやピットのコントラストを検出する必要がないため、副ビームは情報が刻まれた光ディスク上であればどこに照射してもよいことになる。従って、副ビームの位置を高い精度（μｍ単位）で調整する必要がなく、更に、光ディスクのトラックピッチの差異を考慮する必要がなくなるという効果を奏する。従って、光ディスク上の位置調整も制約を受けずにトラッキング制御を行うことが可能となる。

以上、トラッキング誤差信号の検出について説明した。次に、フォーカス誤差信号の検出について、図１３を参照しつつ説明する。図１３は、フォーカス誤差信号を得るためのディテクタの構成を示す平面図であるが、図１３（ａ）には本発明に係るディテクタの構成が示されており、図１３（ｂ）には従来技術に係るディテクタの構成が示されている。

フォーカス信号の検出においても、ビームのスポット径の大きい副ビームを利用して、一般にＳ信号と呼ばれるフォーカスサーボに必要な信号成分を残したまま、トラッククロス信号のみを除去することができる。

まず、従来のディテクタの構成及び非点収差法によりフォーカス誤差信号を検出する演算方法を説明する。図１３（ｂ）に示すように、主ビームの反射光を受光するディテクタ６ａは４分割されており、副ビームの反射光を受光するディテクタ６ｂ、６ｃは２分割されている。従来の非点収差法においては、フォーカス誤差信号ＦＥは、ディテクタ６ａの各領域の出力Ａ〜Ｄに基づいて、ＦＥ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）により算出されている。この方法では、トラッククロス成分が重畳し、これが外乱となりフォーカスサーボに支障を与えてしまう。

次に、本実施形態のディテクタの構造及び非点収差法よりフォーカス誤差信号を検出する演算方法を説明する。本実施形態においては、図１３（ａ）に示すように、副ビームを受光するディテクタ６ｂ、６ｃのうち一方のディテクタ、例えばディテクタ６ｂは４分割されている。そして、各分割領域の出力Ａ〜Ｄに基づいて、ＦＥ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）により算出される。

このように、スポットサイズを拡大した副ビームの反射光からフォーカス誤差信号を算出すれば、トラッククロス成分の少ないフォーカス誤差信号を得ることができる。また、ディテクタ６ａ、６ｃを４分割し、演算処理により適宜必要な信号を生成してフォーカス誤差信号を算出してもよい。

また、本発明に係る別の実施形態として、光源１とディテクタ６との双方を備えたＬＤモジュールを有する光ヘッドを用いてもよい。図１４を参照しつつ、ＬＤモジュールを備えた光ヘッドについて説明する。同図に示すように、ＬＤモジュール６１は、光源１と、回折素子２と、ディテクタ６と、ホログラム素子６０を備えている。ホログラム素子６０は、光ディスク５からの反射光をディテクタ６に向かうように曲げる素子である。

図１５に、ホログラム素子６０と、ＬＤモジュール６１に備えられているディテクタ６の構成を示す。図１５（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態におけるホログラム素子６０とディテクタ６の構成を示す概略図であり、図１５（ｃ）は従来技術におけるホログラム素子６０とディテクタ６の構成を示す概略図である。

まず、従来のディテクタの構成及び演算方法について、図１５（ｃ）を参照しつつ説明する。同図に示すように、ホログラム素子６０は、３つの領域α、β、γに分割されている。また、ディテクタ６は、ディテクタ６ｄ〜６ｊからなり、ディテクタ６ｄは２つの領域に分割されている。ディテクタ６ｄ、６ｅ、６ｈはそれぞれ主ビームの反射光を受光する受光素子であり、ディテクタ６ｄはホログラム素子６０の領域αからの主ビーム（０次光）を受光し、ディテクタ６ｅは領域βからのビームを受光し、ディテクタ６ｈは領域γからのビームを受光する。また、ディテクタ６ｆ、６ｇ、６ｉ、６ｊはそれぞれ副ビームを受光する受光素子であり、ディテクタ６ｆ、６ｇは領域βからの副ビーム（１次又は−１次光）を受光し、ディテクタ６ｉ、６ｊは領域γからの副ビーム（１次又は−１次光）を受光する。従来は、主ビームのスポット径と等サイズのスポット径を有する副ビームを用い、ディテクタ６ｄにおいて分割線で分割された２つの領域の出力Ａ、Ｂの差（ＦＥ＝Ａ−Ｂ）を演算することにより、フォーカス誤差信号ＦＥを検出していた。

次に、本実施形態のディテクタの構成及び演算方法について、図１５（ａ）を参照しつつ説明する。同図に示すように、ディテクタ６はディテクタ６ｄ〜６ｈの他、２分割に分割されたディテクタ６ｋを含んでいる。このディテクタ６ｋは、領域αからの副ビームを受光する。そして、分割された２つの領域の出力Ａ、Ｂの差（ＦＥ＝Ａ−Ｂ）を演算することにより、フォーカス誤差信号を検出する。本実施形態においては、副ビームのスポット径は拡大されているため、この副ビームの反射光からフォーカス誤差信号を演算すれば、従来技術と比較して、トラッククロス成分の少ないフォーカス誤差信号を得ることができる。

更に、本実施形態に係る別のディテクタの構成及び演算方法について、図１５（ｂ）を参照しつつ説明する。同図に示すように、ディテクタ６にはディテクタ６ｄ〜６ｈに加えて、２分割に分割されたディテクタ６ｋ、６ｍが含まれている。ディテクタ６ｋ、６ｍは、領域αからの副ビーム（±１次光）を受光する。この場合、フォーカス誤差信号ＦＥは、ディテクタ６ｋにおいて分割された２つの領域の出力Ａ、Ｂの差（ＦＥ＝Ａ−Ｂ）又はディテクタ６ｍにおいて分割された２つの領域の出力ａ、ｂの差（ＦＥ＝ａ−ｂ）を演算することにより、フォーカス誤差信号を検出する。また、これらの和を演算することによりフォーカス誤差信号を検出してもよい。

本発明におけるディテクタ及び演算方法を採用することにより、トラッククロス成分の少ないフォーカス誤差信号を得ることが可能となる。

以上の方法により得られたトラッキング誤差信号又はフォーカス誤差信号に基づいて、トラッキング制御又はフォーカス制御を行う。以下、トラッキング制御及びフォーカス制御を行う光記録再生装置について図１６を参照しつつ説明する。

図１６は、光再生装置を表したブロック図である。光再生装置は、図示しないチャッキング手段により、スピンドルモータ７３にチャッキングされた光ディスク５に記録された情報を再生する。光ヘッド１０は、スライダ機構を備えたシャーシ９８に設けられており、スライドモータ９７で光ディスク５の径方向に移動可能となっている。

光ヘッド１０から出力された電気信号は、データ再生信号であるＲＦ信号、フォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号を求めるＲＦアンプ７４に入力される。ＲＦアンプ７４内では、電気信号は演算器７５に入力され、ＲＦ信号が生成される。ＲＦ信号は、図示しないデジタル信号処理回路により、波形等化、波形成形が行われ、その後、図示しないＤ／Ａコンバータでアナログ信号とされて出力される。

また、ＲＦアンプ７４内では、データ出力される信号とは別に光ヘッド１０からの電気信号が、それぞれフォーカス検出回路７８、トラッキング誤差検出回路７９に入力される。上述したように、これらの回路で、トラッククロス成分の少ないフォーカス誤差信号、ＤＣオフセット成分が除去されたトラッキング誤差信号の算出がそれぞれ行われ、サーボ処理回路８６に入力される。

サーボ処理回路８６では、フォーカス制御回路８７、トラッキング制御回路８８、スライド制御回路９０を有しており、ＲＦアンプ７４からのフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号に基づいて光ヘッド１０のフォーカス、トラッキング、光ヘッド１０の位置のスライド調整を行うための各サーボ信号をフォーカス補正ドライバ９２、トラッキング補正ドライバ９３、スライドドライバ９５に送る。また、サーボ処理回路８６は、スピンドル制御回路９１も有し、スピンドルサーボ信号をスピンドルドライバ９６に送る。

トラッキング補正ドライバ９３では、サーボ信号に応じて、光ヘッド１０内のトラッキング手段を駆動するトラッキングドライブ電流を発し、トラッキングの補正を行う。また、フォーカス補正ドライバ９２は、サーボ信号に応じて、光ヘッド１０のフォーカスレンズをフォーカス方向に動かすフォーカスドライブ電流を発する。更に、スライドドライバ９５は、スライドサーボ信号に応じて、スライドモータ９７を介して光ヘッド１０をスライドする電流を発生する。また、スピンドルドライバ９６は、スピンドルサーボ信号に応じてスピンドルモータ７３の回転を制御する電流を発生する。

上記の光再生装置において、本発明の実施形態において得られる、ＤＣオフセット成分が除去されたトラッキング誤差信号に基づいてトラッキングを行うことにより、光ビームを正確にトラッキングさせることが可能となる。また、トラッククロス成分の少ないフォーカス誤差信号に基づくことにより、正確にフォーカスレンズを動かすことが可能となる。

尚、光再生装置として説明したが、これに加えて光信号の記録が可能な記録・再生タイプであっても、これに加えて一定の回路等を有することにより対応は可能であり、また、光再生装置として、その他の構成となってもよい。

本発明の実施形態に係る光ヘッドの構成を示す概略図である。 本発明の実施形態の光ヘッドに用いられる回折素子の構造を示す上面図である。 本発明の実施形態の光ヘッドに用いられるディテクタの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る、主ビーム及び副ビームの配置とサイズを示す光ディスクの上面図である。 本発明の実施形態に係る回折素子により分割された副ビームの強度分布を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る回折素子の格子パターンのｓｉｎ曲線の波長に対する副ビームの分離間隔を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る回折素子の格子パターンのｓｉｎ曲線の振幅に対する副ビームの中心ピーク（０次光）と隣接ピーク（±１次光）の比を示すグラフである。 本発明の実施形態において、レンズシフトがない場合の主プッシュプル信号と副プッシュプル信号の波形を示すグラフである。 本発明の実施形態において、レンズシフトがある場合の主プッシュプル信号と副プッシュプル信号の波形を示すグラフである。 従来技術において、レンズシフトがない場合の主プッシュプル信号と副プッシュプル信号の波形を示すグラフである。 従来技術において、レンズシフトがある場合の主プッシュプル信号と副プッシュプル信号の波形を示すグラフである。 本発明の実施形態における、主プッシュプル信号と副プッシュプル信号のＤＣオフセット成分の値を、レンズシフト量に対してプロットしたグラフである。 本発明の実施形態の光ヘッドに用いられるディテクタの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るＬＤモジュールを備えた光ヘッドの構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るＬＤモジュールに搭載されるホログラム素子とディテクタの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る光再生装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 光源
２ 回折素子
２ａ 溝
３ コリメータレンズ
４ ビームスプリッタ
５ 光ディスク
６ ディテクタ
７ 対物レンズ
８ アナモフィックレンズ
６０ ホログラム素子
６１ ＬＤモジュール

Claims (11)

1. 光源と、前記光源から出射した光を主ビームと副ビームに分割する回折素子と、前記主ビーム及び前記副ビームを光ディスク上に集光する集光手段と、前記主ビームの前記光ディスクからの反射光を検出する主ビーム検出部と、前記副ビームの前記光ディスクからの反射光を検出する副ビーム検出部とからなる光検出手段と、を有し、光記録再生装置に用いられる光ヘッドであって、
   前記回折素子は、周期的に波型に蛇行した格子パターンを有し、その素子による回折光の結像スポットは、その強度のピークが略左右対称に分割されていることを特徴とする光ヘッド。
2. 前記周期的に波型に蛇行した格子パターンは、その格子パターンの振幅と周期がほぼ一定であることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド。
3. 前記周期的に波型に蛇行した格子パターンは、ｓｉｎ曲線の形状であることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ヘッドは、前記光源と、前記回折素子と、前記光検出手段とがモジュール化されたＬＤモジュールであることを特徴とするものである。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ヘッド又は請求項４に記載のＬＤモジュールを備え、
   前記主ビーム検出部及び前記副ビーム検出部は、それぞれ、前記光ディスクのトラック方向と平行する方向に２分割された２分割検出器であり、
   前記主ビーム及び前記副ビームの２分割検出器からの出力信号に基づいてトラッキング誤差信号を算出する演算手段を有することを特徴とする光記録再生装置。
6. 前記演算手段は、前記主ビームの２分割検出器から差動検出により得られた主ビームの信号から、前記副ビームの２分割検出器から差動検出により得られた副ビームの信号を減算することにより、ＤＣオフセット成分が除去されたトラッキング誤差信号を算出することを特徴とする請求項５に記載の光記録再生装置。
7. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光ヘッドを備え、
   前記副ビーム検出部は４分割以上に分割されており、
   前記４分割以上に分割された前記副ビーム検出部からの信号に基づいてフォーカス誤差信号を算出する演算手段を有することを特徴とする光記録再生装置。
8. 請求項４に記載のＬＤモジュールを備え、
   前記副ビーム検出部は２分割以上に分割されており、
   前記２分割以上に分割された前記副ビーム検出部からの信号に基づいてフォーカス誤差信号を算出する演算手段を有することを特徴とする光記録再生装置。
9. 光記録再生装置に用いられ、周期的に波型に蛇行した格子パターンを有し、光を複数本の光に分割する回折素子。
10. 前記周期的に波型に蛇行した格子パターンは、その格子パターンの振幅と周期がほぼ一定であることを特徴とする請求項９に記載の回折素子。
11. 前記周期的に波型に蛇行した格子パターンは、ｓｉｎ曲線の形状であることを特徴とする請求項９に記載の回折素子。

Images