JP3799318B2 - 光ピックアップおよびそれを用いた光学的情報記録装置または再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的情報記録媒体（以下説明を簡略化するため、この光学的情報記録媒体を光ディスクと記す。）の記録面上に照射された光スポットにより、前記光ディスクに情報信号を記録、または既に記録された情報の再生をおこなう機能を有する光ピックアップおよびその光ピックアップを搭載した光学的情報記録または再生装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップは、一般に光ディスク内にある所定の記録トラック上に正しく集光スポットを照射するため、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を検出し、これら各エラー信号を用いて対物レンズの位置制御をおこなう構成になっている。このうちトラッキングエラー信号の検出方式としては、３スポット方式、プッシュプル方式、差動プッシュプル方式等が代表的な検出方式として知られている。（以下、説明を簡略化するため、便宜上この差動プッシュプル方式を従来型ＤＰＰ方式と記す。）
特に従来型ＤＰＰ方式は、比較的簡略な光学系によって感度の高いトラッキングエラー信号が検出できるうえ、対物レンズの変位や光ディスクの傾きなどに起因するトラッキングエラー信号のオフセットが良好に除去された信頼性の高いトラッキングエラー信号を検出できるという利点があり、近年、追記型もしくは書き換え型光ディスクに対応した光ピックアップを中心に広く採用されている方式である。（例えば、特許文献１参照）
ここで従来型ＤＰＰ方式によるトラッキングエラー信号検出原理について簡単に説明する。従来型ＤＰＰ方式を用いた光ピックアップでは、例えば図２に示すように、半導体レーザ光源１とハーフミラー３の間の光路中に回折格子２を配置している。この回折格子２は、一般に例えば図３に示すように一定の周期で等間隔に刻まれた直線状の格子溝を有し、半導体レーザ光源１から発した光束から０次光束および±１次回折光束の少なくとも合計３本の光束を回折分離する機能を備えている。そしてこれら３本の光束は、それぞれハーフミラー３、コリメートレンズ４、対物レンズ５を経てそれぞれ独立に集光され、図４の左側の図に示すように光ディスク１０の信号記録面上に３個の集光スポット１００、１０１、１０２を形成する。この時、３個の集光スポット１００、１０１、１０２は、光ディスク１０の半径方向、すなわち該光ディスク１０の記録面上に周期的に設けられた案内溝１１を垂直によぎる方向に関する照射位置間隔δが該案内溝１１の周期（以下説明を簡略化するため、便宜上この案内溝周期をトラックピッチと記す。）Ｔｐの略２分の１に一致するよう、回折格子を光軸回りに回転調整するなどの手段によってその照射位置が調整されている。そして前記各集光スポットの光ディスク反射光束は、再び対物レンズ５、コリメートレンズ４、ハーフミラー３に達する。そして一部の光量がこのハーフミラーを透過後、検出レンズ６を経て光検出器２０に入射する。
【０００３】
この光検出器２０には、例えば図４の右側の図に示すように、３個の２分割もしくは４分割受光面２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配置されており、前記光ディスク反射光は各々独立に所定の受光面に入射し、それぞれ検出光スポット２００、２０１、２０２を形成する。そして、この各受光面からの光電変換信号を減算器５０ａ、５０ｂ、５０ｃによってそれぞれ減算処理することにより、検出光スポット２００、２０１、２０２それぞれごとにプッシュプル方式によるトラッキングエラー信号（以下説明を簡略化するため、便宜上この信号を単純にプッシュプル信号と記す。）が検出される。
【０００４】
このとき光ディスク１０上に集光されているメイン光スポット１００に対応する検出光スポットを２００、サブスポット１０１、１０２に対応する検出光スポットをそれぞれ２０１、２０２とし、これらの各検出光スポットから得られるプッシプル信号をＳａ、Ｓｂ、Ｓｃで表すと、光ディスク上の集光スポット１００、１０１、１０２の位置関係から明らかに、プッシュプル信号ＳａとＳｂおよびＳｃは、その位相が互いに約１８０度ずれている。すなわち、プッシュプル信号ＳａとＳｂおよびＳａとＳｃは、互いにその信号波形が逆相になって出力される。（ＳｂとＳｃは同位相。）したがって、この信号ＳａからＳｂとＳｃの和信号を減算処理しても信号成分は打ち消されることなく、逆に増幅させることができる。
【０００５】
一方、対物レンズの変位や光ディスクの傾きなどが生じると、それに起因して各プッシュプル信号に所定のオフセット成分が発生するが、このオフセット成分は明らかにディスク面上の集光スポット位置に関係なくＳａ、Ｓｂ、Ｓｃのいずれも同じ極性で発生する。したがって上記のような減算処理を行うと、各プッシュプル信号に含まれるオフセット成分だけが選択的に打ち消し合い、結果的にオフセット成分だけが完全に除去または大幅に低減された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。
【０００６】
すなわち、例えば図４の右側プッシュプル信号ＳｂとＳｃを加算器５１によって加算処理し、さらにこの加算処理後の信号を増幅器５２によって適当に増幅したのちに、減算器５３によってメイン光スポット１００のプッシュプル信号Ｓａから減算処理することにより、このプッシュプル信号Ｓａに含まれる上記オフセット成分を完全に除去または大幅に低減し、振幅だけを増幅させた良好なトラッキングエラー信号が出力されるわけである。
【０００７】
以上が従来型ＤＰＰ方式の検出原理に関する概略説明である。なおこの従来型ＤＰＰ方式は下記特許文献１等で開示された既に公知の技術であるためこれ以上の詳細な説明は省略する。
【０００８】
上記したように従来型ＤＰＰ方式は、比較的簡略な検出光学系によって感度の高いトラッキングエラー信号が検出できるうえ、対物レンズの変位や光ディスクの傾きなどに起因するトラッキングエラー信号のオフセット成分を完全に除去または大幅に低減することができるという特長があり、特に追記型や書き換え型光ディスクのように周期的に案内溝が設けられた光ディスクに適応した光ピックアップのトラッキングエラー信号検出方式として非常に有効である。
【０００９】
しかしながら一方で、この従来型ＤＰＰ方式は以下に示すような実用上の問題点も抱えている。すなわち従来型ＤＰＰ方式では上記したように、光ディスク上に照射される３個の集光スポットの照射位置間隔δをその光ディスクのトラックピッチＴｐの２分の１に合わせる必要がある。したがって、逆にトラックピッチが集光スポット間隔δの２倍から大きくはずれるような光ディスクに対しては、良好にトラッキングエラー信号を検出することができなくなってしまう。
【００１０】
例えば、現在急速に需要が伸びている追記型もしくは書き換え型のＤＶＤ系光ディスクとして、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷなどがあるが、このうちＤＶＤ−ＲＡＭは、そのトラックピッチが約１.４８μｍで記録容量が約２.６ＧＢのタイプ（ＲＡＭ１）と、トラックピッチが約１.２３μｍで記録容量が約４.７ＧＢのタイプ（ＲＡＭ２）の２種類が存在する。一方、ＤＶＤ−ＲおよびＤＶＤ−ＲＷのトラックピッチは０.７４μｍで、ＤＶＤ−ＲＡＭ1ディスクのトラックピッチのちょうど半分になっている。
【００１１】
最近は、１台でこれら複数種類の光ディスクの記録あるいは再生に全てに適用できる光ピックアップの実用化が強く望まれている。しかしながら従来型ＤＰＰ方式では、例えばＤＶＤ−ＲＡＭディスクで最適のトラッキングエラー信号が検出できるように３個の集光スポットの配置間隔を調整してしまうと、ＤＶＤ−ＲやＤＶＤ−ＲＷディスクに対しては、３個の集光スポットの配置間隔がディスクのトラックピッチそのものにほぼ一致してしまい、従来型ＤＰＰ方式によるトラッキングエラー信号を検出することが困難になってしまう。すなわち、同一の光ピックアップでトラックピッチが異なる複数種類の光ディスクに対応させようとすると、ディスクの種類によっては、従来型ＤＰＰ方式を用いて良好なトラッキングエラー信号を検出することが困難になってしまう場合がある。
【００１２】
このような問題に対して最近、従来型ＤＰＰ方式の利点を生かしつつディスクのトラックピッチの違いに依存せず、どのようなトラックピッチを有する光ディスクに対しても常に良好なトラッキングエラー信号が検出できる新しいトラッキングエラー信号検出方式が提案されている。（例えば、特許文献２等参照）
この特許文献２に開示されているトラッキングエラー信号検出方式は、前述した従来型ＤＰＰ方式とほぼ同様の検出光学系でトラッキングエラー信号が検出できるが、唯一異なる点は、レーザ光源を発した光束を３本の光束に回折分離する回折格子として、例えば図５に示すように略半面２７に形成された格子溝の周期構造の位相がもう一方の略半面２８に形成された格子溝の周期構造の位相に対して略１８０度ずれた特殊な周期構造をもった回折格子２６を用いる点である。本方式の具体的な検出原理については下記特許文献２に詳細に記載されているのでここでは省略するが、このような特殊な周期構造の格子溝パターンを持った回折格子２６を図２における回折格子２と同様の位置に配置すると、図６の左側の図に示すように光ディスク１０上に照射された３個の集光スポットを従来型ＤＰＰ方式とは違って全く同一の案内溝１１上を照射するように配置しても、図６の右側の図に示すようにメイン光スポット１００に対応する検出光スポット２００から検出されるプッシュプル信号Ｓａとサブスポット１０１、１０２のそれぞれに対応する検出光スポット２０１，２０２から検出されるプッシュプル信号ＳｂおよびＳｃは、互いにその信号波形が逆位相になって出力される。（ＳｂとＳｃは同位相。）したがって従来型ＤＰＰ方式と全く同様の演算回路によって従来型ＤＰＰ方式と全く同様のトラッキングエラー信号が検出できるようになる。
【００１３】
このように上記方式は、同一の案内溝上に３個の集光スポットを同時に照射しても従来型ＤＰＰ方式と同様の差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号を検出できることから、結果的にディスクのトラックピッチの違いに全く依存せず、常トラッキングオフセットが良好に除去されたトラッキングエラー信号を検出することできる。
【００１４】
このように、特許文献２に開示された新しいトラッキングエラー信号検出方式（以下説明を簡略化しかつ本発明の主旨を明確化するため、このトラッキングエラー信号検出方式をインライン型ＤＰＰ方式と記す。）は、従来型ＤＰＰ方式と同様の演算回路を用い、かつ従来型ＤＰＰ方式の利点を生かしつつ、従来型ＤＰＰで問題となっていた光ディスクのトラックピッチ依存性を解消し、異なるトラックピッチを有する複数種類の光ディスクに対しても同一の光ピックアップで常に良好なトラッキングエラー信号を検出できるという大きな利点を有している。
【００１５】
【特許文献１】
特開平７−２７２３０３号公報
【特許文献２】
特開平９−８１９４２号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記インライン型ＤＰＰ方式には実用上以下に示すような重大な問題点がある。
【００１７】
すなわちインライン型ＤＰＰ方式では、対物レンズがディスクの記録トラックに略直交する方向（以下説明を簡略化するため、この方向をトラッキング方向と記す。）に変位すると、その変位量に応じて検出されるトラッキングエラー信号の振幅が大幅に低下してしまうという問題が起こる。このような対物レンズのトラッキング方向変位に伴うトラッキングエラー信号の特性劣化を一般にトラッキングエラー信号の視野特性と称するが、前記インライン型ＤＰＰ方式は、このトラッキングエラー信号の視野特性が従来型ＤＰＰ方式比較して著しく悪い。このため従来のインライン型ＤＰＰ方式を用いて実用的なトラッキングエラー信号を得るためには、対物レンズの許容変位幅を非常に狭い範囲に限定せざるを得ず、光ピックアップの実用性能が大きく阻害されるのが実情であった。
【００１８】
しかも、従来このようなインライン型ＤＰＰ方式の視野特性劣化の問題についてはどの公知文献も一切言及しておらず、したがって当然のことながらその改善手段も一切開示されていない。
【００１９】
本発明は、以上のような状況に鑑み、高汎用性、高信頼性を備えた光ピックアップやそれを用いた光学的情報再生装置の実現を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため本発明では、まずレーザ光源と該レーザ光源を発したレーザ光束を少なくとも３本の光束に分岐する光分岐手段と前記３本の光束を集光して光ディスクの記録面上に各々独立した３個の集光スポットを照射する集光光学系と前記３個の集光スポットの前記光ディスクからの反射光を各々２分割以上に分割された受光面で受光するように配置された光検出器とを具備した光ピックアップにおいて、
前記光分岐手段として、第１及び第２及び第３の少なくとも３つの領域に分割され各領域内で所定の周期構造を備えた回折格子であって、前記第１の領域は前記第２の領域と第３の領域の間に配置され、かつ前記第２の領域内では前記第１の領域内に備えられた周期構造の位相に対して略９０度異なる位相を有する周期構造を備えるとともに前記第３の領域内では前記第２の領域内に備えられた周期構造の位相に対して略１８０度異なる位相を有する周期構造を備えた回折格子を設けた。
【００２１】
また前記光ディスクの記録面上に照射される３個の集光スポットを前記光ディスクの記録面上に周期的に設けられた案内溝に対して略直交する方向に関して略ゼロもしくは前記案内溝周期の略整数倍の間隔で配置した。
【００２２】
さらに光学的情報記録装置または再生装置として、前記した光ピックアップと、該光ピックアップ内に具備された前記光検出器の各受光面からの出力された信号に所定の演算処理を施すことにより、差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号を検出する機能を備えたトラッキングエラー信号検出装置を少なくとも具備した。
【００２３】
さらに、光学的情報記録装置または再生装置として、レーザ光束を主光束と少なくとも２本以上の副光束に分岐し、複数本ある副光束の各々に関する前記プッシュプル信号のうち一部もしくは全部加算したのち所定の増幅率Ｋで増幅し、主光束に関するプッシュプル信号から減算することによって差動プッシュプル信号を生成する差動プッシュプル信号生成回路とを少なくとも備え、かつ前記光学的情報記録媒体内に設けられた前記案内溝の配置間隔の違いに応じて前記増幅率Ｋを可変とする構成とした。
また、本発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも３本の光束に分岐する回折格子と、前記回折格子で分岐された３本の光束を光ディスクに集光する対物レンズと、前記光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、を備える光ピックアップであり、前記回折格子は、所定の周期構造を備える第１の領域、第２の領域、第３の領域に分割され、前記第１の領域は、前記第２の領域と前記第３の領域の間に配置されており、前記第２の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ＋９０度異なる位相の周期構造を備え、前記第３の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ−９０度異なる位相の周期構造を備えている。
また、本発明に係る光学的情報再生装置は、上記の光ピックアップと、光ピックアップから出力された信号からトラッキングエラー信号を生成するトラッキングエラー信号生成部と、を備える。
また、本発明は、光学的情報記録媒体にレーザ光を照射し、前記光学的情報記録媒体からの反射光を受光し、トラッキングエラー信号を生成するための信号を出力する光ピックアップに搭載される回折格子であり、所定の周期構造を備える第１の領域、第２の領域、第３の領域を備え、前記第１の領域は、前記第２の領域と前記第３の領域の間に配置されており、前記第２の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ＋９０度異なる位相の周期構造を備え、前記第３の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ−９０度異なる位相の周期構造を備えている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光ピックアップの一例を示した概略構成図である。
【００２５】
図中の１は半導体レーザ光源、３はハーフミラーまたはビームスプリッタ、４はコリメートレンズ、５は対物レンズ、６は検出レンズ、１０は光ディスク、２０は所定のパターンで多分割された受光面をもつ光検出器である。対物レンズ５はレンズホルダー１５内に固定され、所定の磁気回路によって構成された２次元アクチュエータ２５によって光軸に沿った方向（以下、この方向をフォーカス方向と記す。）とトラッキング方向の２方向に駆動するようになっている。
【００２６】
半導体レーザ１とハーフミラー３の間に配置されているのが、本発明で用いられる特殊回折格子３０である。半導体レーザ１を発したレーザ光は、この特殊回折格子３０によって０次光および±１次回折光の少なくとも３本の光束（図示せず。）に回折分離した後、ハーフミラー３を反射してコリメートレンズ４を経て対物レンズ５に達し、この対物レンズ５によって各々独立に光ディスク１０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。
【００２７】
この時光ディスク１０の記録面上に集光される３個の集光スポット１００および１０１、１０２は、図８の左側の図に示すように、光ディスク１０上に周期的に設けられた案内溝１１のうち全く同一の案内溝上に同時に照射されるよう略一直線状に配置されている。
【００２８】
そして各集光スポットのディスク反射光は、往路とほぼ同様の光路を逆にたどり対物レンズ５、コリメートレンズ４を経てハーフミラー３に到達したのち、その光量の一部がハーフミラー３を透過し、検出レンズ６を経て多分割光検出器２０内に設けられた所定の受光面に入射する。そして多分割光検出器２０内の各受光面から得られた検出信号から所定の演算回路を経てフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などの対物レンズ位置制御信号および光ディスク１０の記録面に記録された情報信号などが検出される。この時トラッキングエラー信号については、図８の右側の図に示すように、多分割光検出器２０の各受光面２０ａ,２０ｂ，２０ｃで検出された信号から減算器５０ａ，５０ｂ，５０ｃおよび加算器５１、増幅器５２、減算器５３など従来型ＤＰＰ方式と全く同様の演算回路を経て検出される。
【００２９】
ところで、図４、図６、図８で示した例では、いずれも光検出器が少なくともディスクの半径方向に直交する方向、いわゆるディスクの接線方向に対応する方向に２分割された受光面を有し、この２分割受光面の各々からの出力信号の差から各集光スポットのプッシュプル信号を検出する構成になっている。通常、プッシュプル信号はディスクの半径方向に対応する方向に２分割された受光面からの出力信号の差信号から検出されるのが一般的である。しかしながら、図４、図６、図８に示した例はいずれもフォーカスエラー信号の検出方式として非点収差方式を採用した例を示しているため、検出器の受光面上の光スポットは強度分布が光軸回りに略９０度回転してしまっている。このためプッシュプル信号は各図に示すように、ディスクの接線方向に対応する方向に２分割された受光面からの出力信号の差から検出するようになっている。なお、上記したような非点収差方式によるフォーカスエラー信号検出手段とプッシュプル方式あるいは差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号検出手段を組み合わせた場合の検出器受光面配置の特長については、既に公知の内容であり本発明とは直接的な関係が無いので、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００３０】
ところで、上記のように図１や図８で示した本発明の第１の実施例は、図６等によって既に紹介した従来のインライン型ＤＰＰ方式を用いた光ピックアップとほぼ同一の光学系構成および集光スポット配置になっているが、半導体レーザ１とハーフミラー３の間に設けられた特殊回折格子３０の格子パターンが特に異なっている。
【００３１】
図７は、本発明で用いられる回折格子３０の格子パターンを示した斜視図である。回折格子３０の格子面には一定の周期で格子溝が形成されているが、その格子面は図のように格子溝が刻まれている方向に対して直交する分割線で少なくとも３つの領域に分割されている。すなわち光ディスク１０のトラッキング方向に相当する方向に少なくとも３つの領域３１、３２、３３に分割されているわけである。このうち中央部の領域３２は所定の幅Ｗをもっている。またこの中央部領域３２内に周期的に設けられている格子溝の位相に対して領域３２に隣接する領域３１内に周期的に設けられている格子溝の位相は＋９０度ずれている。すなわち、領域３１内に設けられている格子溝は中央部領域３２内に設けられている格子溝に対して格子溝周期の約４分の１分だけ配置がずれているわけである。一方、反対側に隣接している領域３３内に設けられている格子溝の位相は中央部領域３２内に設けられている格子溝の位相に対して−９０度ずれている。すなわち、領域３３内に設けられている格子溝は中央部領域３２内に設けられている格子溝に対して、領域３１内に設けられている格子溝とは反対側に格子溝周期の約４分の１分だけ配置がずれているわけである。したがって、領域３１と領域３３内に設けられた格子溝は、互いに位相で１８０度すなわち格子溝周期の２分の１分だけ配置がずれている。
【００３２】
このような特殊な格子パターンを持った回折格子３０で回折分離された±１次回折光束は光波の波面（等位相面）が所定の変調をうける。図９はその様子を示した図で、例えば平面的な波面（等位相面）１４０をもった光束１３０が回折格子３０に入射すると、回折格子３０によって回折分離された＋１次回折光束１５１と−１次回折光束１５２が有する波面（等位相面）１６１および１６２は、図のように波長λの４分の１ずつすなわち位相で９０度ずつ３段階にシフトした階段状の波面形状になる。この時、３段階にシフトした波面のうち中央部領域の幅は図中に示すように特殊回折格子３０の中央部領域の幅Ｗに一致している。また波面１６１と１６２は図中に示すように互いに位相関係が反転し、凹凸が反転した波面形状となっている。一方、格子をそのまま通過する０次光束１５０は格子パターンの影響を受けないので、入射光束１３０と同様の平面的な波面（等位相面）１６０をもつ。なお、上記の説明では、簡単のために特殊回折格子３０に入射する光束１４０が平面的な波面（等位相面）を有する平行光束である場合について説明したが、図１の実施例のように半導体レーザ光源１から発した発散光束が直接回折格子３０に入射するような場合、すなわち特殊回折格子３０に入射する光束が略球面の波面形状になっているような場合においても、当然のことながら、この特殊回折格子３０で回折分離した±１次回折光束は上記と同様の位相変調を受け、３段階にシフトした階段状の波面形状になる。
【００３３】
次に、上記のように３領域に分割した特殊な回折格子を用いて、３段階の階段状にシフトした波面（等位相面）をもつ±１次回折光束を用いると、なぜ従来のインライン型ＤＰＰ方式と全く同様の手段でトラッキングエラー信号を検出しても従来のインライン型ＤＰＰ方式よりもトラッキングエラー信号の視野特性が改善されるかその理由を以下に説明する。
【００３４】
まず初めに、インライン型ＤＰＰ方式のトラッキングエラー信号検出原理について簡単に説明する。
【００３５】
前述したように従来のインライン型ＤＰＰ方式では、半導体レーザ光源1を発したレーザ光束を３本の光束に回折分離するための回折格子として図５に示したような２分割された領域を持つ特殊回折格子２６を用いる。このような特殊回折格子でレーザ光束を回折分離すると、±１次回折光束は左右の段差が波長λの２分の１すなわち位相で１８０度分だけシフトとした２段階の階段状の波面をもった状態になり、この状態を保持したままコリメートレンズ、対物レンズ等を経て光ディスクの記録面上に集光される。（この集光スポットを便宜上サブ光スポットと記す。）
一方、前記特殊回折格子をそのまま通過する０次光の波面は何の位相変調も受けず、コリメートレンズを経たのち平面的な波面をもつ平行光束として対物レンズに入射し、前記±１次回折光束と同様光ディスクの記録面上に集光される。（この集光スポットを便宜上メイン光スポットと記す。）
ところで、周期的に案内溝が形成された光ディスク記録面にレーザ光束が集光されされると、その反射光束はディスクの案内溝によって回折され、少なくとも０次光束および±１次回折光に分離する。そして対物レンズの瞳面内でこれら０次光および±１次回折光が互いに所定距離だけずれた状態で重なって進行し光検出器の受光面に達する。そしてこの受光面上で前記０次光と±１次回折光が重畳した領域では、０次光と±１次回折光との干渉効果により所定の光強度になる。その際、この光強度は重畳される０次光と±１次回折光が持つ波面の位相の相対的な差に応じて明暗が決まる。そしてこの０次光波面と±１次回折光波面の位相差はディスク案内溝に対する集光スポットの相対位置により順次変化していく。
【００３６】
図１０は、２分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型ＤＰＰ方式においてメイン光スポットとサブ光スポットのディスク反射光束がそれぞれ検出器受光面上に達した際、各受光面上の検出光スポットの中でディスクの案内溝によって回折分離され所定距離だけずれて重畳している０次光と±１次回折光の波面の位相関係と、その位相関係によって生じた干渉効果による光強度の明暗の状態を光ディスク上の集光スポットとディスクの案内溝との相対位置関係に応じて分類し模式的に表した図である。
【００３７】
図１０において、まずメイン光スポットに注目すると、受光面上の検出光スポット２００内では、前述したようにディスクの案内溝によって回折分離されて生じた０次光と±１次回折光がそれぞれ一定距離だけ左右にずれて重畳されているが、その波面はいずれも略平面になっている。そして例えば図中に示すように光ディスク上集光スポットがディスク案内溝１１の真中（状態名（Ａ））もしくは案内溝間の真中（状態名（Ｃ））にある状態では、ディスク案内溝によって生じた０次光波面と±１次回折光波面は、互いに＋９０度または−９０度の位相差をもつが、そこから集光スポットが徐々にずれるにしたがって各波面の位相関係も順次変化し、集光スポットが案内溝の周期の４分の１だけずれた位置に達した状態（状態名（Ｂ））または反対側に案内溝の周期の４分の１だけずれた位置に達した状態（状態名（Ｄ））では、ディスク案内溝によって生じた±１次回折光の波面のうちどちらか一方が０次光の波面に対して０度、他方が１８０度の位相差をもつようになっている。しかも状態（Ｂ）と状態（Ｄ）では、その位相差の関係が左右（＋１次回折光と０次光の重畳領域および−１次回折光と０次光の重畳領域）で反転している。
【００３８】
このため＋１次回折光と０次光の重畳領域および−１次回折光と０次光の重畳領域での明暗の光強度変化がディスク上集光スポットとディスク案内溝の相対位置関係によって連続的に変化し、しかもその変化の様相が左右の重畳領域で完全に反転している。そこで、この光強度変化を少なくとも２分割された光検出器で左右別々に検出し、その差動信号を出力させることによっていわゆるプッシュプル方式によるトラッキングエラー信号が検出できるわけである。
【００３９】
一方、サブ光スポットついては、前述したように従来のインライン型ＤＰＰ方式の場合光束内の波面が互いに１８０度位相ずれがある２段階の階段状波面になっており、その階段状の波面形状は光ディスクを反射して光検出器の受光面に達しても保持される。そしてメイン光スポットと全く同様、光ディスク案内溝によって±１次回折光が回折分離し０次光に対して一定距離だけ左右にずれた状態で重畳し、その重畳部分において干渉効果により０次光波面と＋１次回折光波面および０次光波面と−１次回折光波面との相対的な位相ずれ量に応じて明暗の光強度変化が生じる。しかもディスク上集光スポットと案内溝の相対位置関係（例えば状態名（Ａ）〜（Ｄ））によってディスク案内溝によって生じた±１次回折光とし０次光の波面の平均的な位相差が所定の変化をしめすのもメイン光スポットと全く同様である。
【００４０】
しかしながら、サブ光スポットの場合は前述したように左右で互いに１８０度位相ずれがある２段階の階段状波面になっているために、ディスク上集光スポットと案内溝の相対位置関係（例えば状態名（Ａ）〜（Ｄ））によって決まる±１次回折光と０次光の波面の平均的な位相差がメイン光スポットと全く同様であっても、その結果として生じる左右の干渉領域での明暗の光強度変化は図中に示すようにメイン光スポットの場合に対して完全に反転する。このことは、以下のことを意味している。すなわち、インライン型ＤＰＰの場合、メイン光スポットとサブ光スポットのディスク案内溝に対する相対位置が全く同じであっても、出力されるプッシュプル信号はその信号波形の位相が完全に反転して出力されることを意味している。インライン型ＤＰＰ方式では、図６に示すようにメイン光スポットとサブ光スポットが同時に同一の案内溝上に照射するような集光スポット配置にしても従来型ＤＰＰ方式と同様のトラッキングエラー信号が得られるのは、上記理由による。
【００４１】
次に上記したようなインライン型ＤＰＰ方式において、対物レンズがトラッキング方向、すなわち光ディスクの半径方向に所定の変位量Ｓだけ変位した場合を考える。この場合は当然のことながら、図１１に示すように特殊回折格子２６内の領域２７と領域２８との境界線と対物レンズ５の中心光軸との間に距離Ｓに相当する位置ずれが生じる。この結果、特殊回折格子２６を回折分離した＋１次もしくは−１次回折光束の波面１６１は、位相が階段状にシフトする境界線と対物レンズの中心光軸の間に相対ずれが生じ、１８０度の位相差がついた左右の波面の幅に差が生じる。さらにこの＋１次もしくは−１次回折光束の波面１６１はディスクを反射することにより、ディスク反射光束の波面１７１に変換されるが、このディスク反射光束の波面１７１は対物レンズ中心光軸を対称軸としてディスク入射光束の波面１６１を軸対称に反転させた波面形状をもつので、やはりディスク入射光束の波面１６１と同様に１８０度の位相差がついた左右の波面の幅に差がついた状態で光検出面に入射する。
【００４２】
図１２は、上記のように対物レンズが変位することにより、１８０度の位相差がついた左右の波面の幅に差が生じ対物レンズの中心光軸に対して非対称な波面形状になった±１次回折光束を集光した形成されたサブ光スポットが、ディスクを反射し光検出器の受光面２０ｂ（もしくは２０Ｃ）に達し検出光スポット２０１（または２０２）となった場合に、この検出光スポット２０１（または２０２)の中でディスクの案内溝によって回折分離され所定距離だけずれて重畳している０次光と±１次回折光の波面の位相関係と、その位相関係によって生じた干渉効果による光強度の明暗の状態を光ディスク上の集光スポットとディスクの案内溝との相対位置関係に応じて分類し模式的に表した図である。
図１２と図１０を比較すると明らかであるが、例えば集光スポットがディスク案内溝に対してその周期の４分の１だけずれた位置にある状態（状態名（Ｂ）または（Ｄ））では、対物レンズの変位が無い図１０の場合は、左右の重畳領域内では領域内全面にわたってディスク案内溝で回折分離した０次光と±１次回折光の波面の位相差が０度もしくは１８０度で統一されているため、その部分の光強度も全面暗部もしくは明部に統一されている。
一方、図１２のように、対物レンズ変位によって前述したように１８０度の位相差がついた波面の幅に差が生じた場合は、状態名（Ｂ）または（Ｄ）の場合でも左右の重畳領域内でも部分的に０次光と±１次回折光の波面の位相差が０度から１８０度へ、あるいは１８０度から０°へ推移した領域が現れ、その結果、明部中に一部暗部が、あるいは暗部中に一部明部が現れてくる。このように領域内で一部明暗が反転した領域が現れることにより、左右の検出面からの検出された信号の差信号から得られるプッシュプル信号は、明らかにその変調度が減少してしまう。これが、２分割特殊回折格子を用いた従来のインラインＤＰＰ方式が従来型ＤＰＰ方式にくらべトラッキングエラー信号の視野特性が劣化している主原因である。
【００４３】
これに対して、本発明では前述したように特殊回折格子として３分割された領域をもつ回折格子を用いる。このような回折格子を用いると、この回折格子によって回折分離して光ディスクに入射およびこの光ディスクを反射した＋１次回折光束は、図９および図１３に示すように、９０度ずつ３段階にシフトした階段状の波面を持っている。（なお、図１３では、−１次回折光束の波面については特に図示していないが、図９から明らかなように、−１次回折光束は＋１次回折光束に対して波面の凹凸が逆転した波面になる。）
図１４は、本発明の３分割特殊回折格子を用いることにより、上記のような３段階の階段状位相シフトを有する波面を持った場合に、図１３に示すように対物レンズのディスク半径方向への変位により、波面形状が対物レンズ中心光軸に対して左右非対称になった＋１次回折光束が対物レンズによってサブ光スポットとして光ディスクの記録面上に集光され、さらに光ディスクを反射して光検出器の受光面２０ｂに達し検出光スポット２０１となった場合に、この検出光スポット２０１の中でディスクの案内溝によって回折分離され所定距離だけずれて重畳している０次光と±１次回折光の波面の位相関係と、その位相関係によって生じた干渉効果による光強度の明暗の状態を光ディスク上の集光スポットとディスクの案内溝との相対位置関係に応じて分類し模式的に表した図である。
図１４と図１２を比較すると明らかあるが、本発明の３分割特殊回折格子を用いた図１４の場合と、従来の２分割特殊回折格子を用いた図１２の場合とでは左右の各干渉領域内における明暗光強度分布の発生状況が明らかに異なる。例えば図１２の状態名（Ｂ）または（Ｄ）において部分的に明暗が反転していた領域が図１４に示した本発明では、いずれもディスクの案内溝によって回折分離されて生じた０次光と±１次回折光の位相差が±９０度になり、明部と暗部のちょうど中間的な光強度となる。上記説明は特殊回折格子３０で回折分離した±１次回折光束のうち＋１次回折光束について述べたものであるが、当然のことながら、−１次回折光に対しても同様の現象が起こる。その結果、本発明を用いて各サブ光スポットから検出されたプッシュプル信号は、対物レンズ変位に対する変調度低下率が２分割特殊回折格子を用いる従来のインライン型ＤＰＰ方式よりも小さく抑えられ、その結果として差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号の視野特性も大幅に改善されるわけである。
【００４４】
図１５は、以下に示す所定のパラメータを持つ光ピックアップでＤＶＤ−ＲＡＭ１ディスク(記録容量２.６ＧＢ、案内溝周期１.４８μｍ）を再生した場合に、対物レンズのトラッキング方向すなわちディスク半径方向への変位量とインライン型ＤＰＰ方式で検出されるトラッキングエラー信号(以下、簡単のため便宜上このトラッキングエラー信号をＤＰＰ信号と記す。）の振幅との関係、すなわちＤＰＰ信号の視野特性を計算機シミュレーションにより求めた結果である。横軸に対物レンズの変位量をとり、縦軸に２分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型ＤＰＰ方式を用い、かつ対物レンズ変位量がゼロの時におけるＤＰＰ信号振幅を１００％とした時の相対的なＤＰＰ信号振幅を取っている。なお図中には、従来のインライン型ＤＰＰ方式の他、３分割特殊回折格子を用いた本発明のインライン型ＤＰＰ方式を用いた場合について３種類の視野特性を示している。この３種類は、３分割特殊回折格子３０の中央部領域３２のディスク半径方向に相当する方向の幅Ｗを変えたもので、この幅Ｗを対物レンズに入射する直前の光束において中央部領域に相当する波面の幅に換算して０.３ｍｍ、０.５ｍｍ、０.８ｍｍの３種類について計算している。
【００４５】
なお、計算機シミュレーションに用いた光ピックアップの主要なパラメータは以下のとおり、
（１）レーザ光波長：６６０ｎｍ
（２）倍率：約６.３倍
（３）対物レンズＮＡ：約０.６４
図１５から明らかなように、３分割特殊回折格子を用いた本発明のインライ型ＤＰＰ方式を用いた場合は、２分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型ＤＰＰ方式に比べ、対物レンズ変位がゼロ付近におけるＤＰＰ信号振幅が低下しているが、一方で対物レンズ変位に対するＤＰＰ信号振幅低下比率も小さく抑えられていることがわかる。すなわち視野特性が改善されているわけである。なお、対物レンズ変位がゼロ付近におけるＤＰＰ信号振幅の低下は、出力されたＤＰＰ信号を適当な増幅器を経由して所定の増幅率で増幅してやれば良く特に問題にならない。
【００４６】
次に図１６は、図１５の計算機シミュレーションで用いたのと同じパラメータの光ピックアップでＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスク(記録容量４.７ＧＢ、案内溝周期１.２３μｍ）を再生した場合のインライン型ＤＰＰ方式で得られるＤＰＰ信号振幅の視野特性を計算機シミュレーションにより求めた結果である。図の縦軸、横軸および図中のパラメータは、図１５と全く同一である。図１６からも明らかなように、ＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスクを再生した場合でも、３分割特殊回折格子を用いた本発明のインラインＤＰＰ方式の方が、２分割特殊回折格子を用いた従来のインラインＤＰＰ方式よりも明らかに視野特性が改善されていることがわかる。
【００４７】
ところで図１５および図１６からわかるように、３分割特殊回折格子を用いた本発明のインライン型ＤＰＰ方式では、ＤＶＤ−ＲＡＭ１、ＤＶＤ−ＲＡＭ２いずれの光ディスクを再生する場合においても、特殊回折格子の中央部領域の幅が広ければ広いほど、すなわち図中のＷが大きければ大きいほど、対物レンズ変位に対するＤＰＰ信号振幅の低下率が小さく抑えられていることがわかる。しかしながら、詳細に検討していくと、特殊回折格子の中央部領域の幅を極端に広くすると、ＤＰＰ信号の波形に歪みが逆に大きくなってしまうという弊害が表れてくる。詳細な計算および検討を進めていった結果、この中央部領域の幅は、対物レンズに入射する直前の光束において中央部領域に相当する波面の幅Ｗに換算して、対物レンズの開口直径の１０％から４０％、望ましくは、２０％から３０％の間に設定するのがよいことがわかった。
【００４８】
なお、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷディスクを再生した場合については、特に図示していないが、本発明の３分割特殊回折格子を用いたインラインＤＰＰ方式を用いても従来型ＤＰＰ方式と全く同様の良好な視野特性が得られる。
【００４９】
ところで、図１５および図１６に示した計算機シミュレーションでは、計算を簡略化するため、メイン光スポット（特殊回折格子をそのまま通過する０次光束から形成される光ディスク上集光スポット）と２個のサブ光スポット（特殊回折格子によって回折分離した±１次回折光束から形成される光ディスク上集光スポット）の検出光量の和は同一であるとして、
ＤＰＰ信号＝[メイン光スポットから得られるプッシュプル信号]−［前後２個のサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の和］
として計算した。しかしながら実際の光ピックアップでは、特殊回折格子における０次光および±１次回折光それぞれの回折効率の差などによって、明らかにメイン光スポットとサブ光スポットの光量には差が生じ、その結果各集光スポットから得られるプッシュプル信号振幅には大きな差が生じている。したがって、実際の光ピックアップでＤＰＰ信号を出力する場合は、サブ光スポットから得られるプッシュプル信号に所定の増幅率Ｋを導入して、
ＤＰＰ信号＝[メイン光スポットから得られるプッシュプル信号]−Ｋ×［前後２個のサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の和］
とするのが一般的である。しかもこのＫの値の中身をさらに細かく分析すると、
Ｋ＝Ｋ１×Ｋ２
このうち、Ｋ１については以下の式であらわされる。
Ｋ１＝［メイン光スポットから得られる検出光量］÷［前後２個のサブ光スポットから得られる検出光量の和］
一方、Ｋ２は、メイン光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度とサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度の違いを補償するための所定の補償係数である。
【００５０】
一般に従来型ＤＰＰ方式や２分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型ＤＰＰ方式では、メイン光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度とサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度は同じ変調度を持つものとして、Ｋ２を無視、すなわち強制的にＫ２＝1とし、Ｋ＝Ｋ１としていた。
【００５１】
しかしながら、本発明の３分割特殊回折格子を用いたインラインＤＰＰ方式ではメイン光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度とサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度には明らかな差が生じる。（一般にメイン光スポットから得られるプッシュプル信号変調度＞サブ光スポットから得られるプッシュプル信号変調度である。）このため、Ｋ２として１以上の所定の値を設定するのが望ましく、しかもそのＫ２の最適値は、ディスクのトラックピッチ(案内溝周期）に依存して変化することがわかった。
【００５２】
図１７は、ＤＶＤ−ＲＡＭ１ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とＤＰＰ信号の残留オフトラック量（光ピックアップから検出されたＤＰＰ信号のトラッキングサーボ引き込み点すなわちゼロクロス点と実際の案内溝中央とのずれ量）の関係を、Ｋ２の値を変えて計算したものである。なお、計算に用いた光ピックアップのパラメータは図１５および図１６の計算機シミュレーションで用いたパラメータと同一である。
【００５３】
図１７から明らかなように、従来通りＫ２＝１.０とすると、対物レンズが変位した場合にまだ多くのオフトラック量が残留するが、Ｋ２を徐々に大きくしていくと、それに比例してこの残留オフトラック量が徐々に減少していくことがわかる。しかし詳細に計算を進めていった結果、Ｋ２の値をあまり大きくしてしまうと３分割特殊回折格子の中央部領域の幅を広げていった場合と同様にＤＰＰ信号波形の歪みが大きくなってしまうので、むやみにＫ２の値を大きく出来ないということがわかった。検討の結果、ＤＶＤ−ＲＡＭ１ディスクを再生する場合、その最適なＫ２の値は１.４〜１.６程度である。
【００５４】
図１８は、ＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスクを再生した場合に、図１７と同様、対物レンズ変位量とＤＰＰ信号の残留オフトラック量の関係を、Ｋ２の値を変えて計算したものである。ＤＶＤ−ＲＡＭ２を再生する場合もＫ２の値を変化させると対物レンズ変位に伴う残留オフトラック量は変化するが、ＤＶＤ−ＲＡＭ２の場合、最適なＫ２は１.２〜１.４程度であり、この範囲にＫ２を設定しておけば対物レンズ変位が＋０.３ｍｍ〜−０.３ｍｍ間で残留オフトラック量をほぼゼロにすることができる。
【００５５】
一方、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷディスク（案内溝周期０.７４μｍ）を再生した場合については、特に図示していないが、最適なＫ２値として従来通り１.０に設定しておけば、対物レンズ変位が＋０.３ｍｍ〜−０.３ｍｍ間で残留オフトラック量をほぼゼロにすることができる。
【００５６】
なお、図５に示す従来の２分割の特殊回折格子を用いたインライン型ＤＰＰ方式の場合においても、最適なＫ２の値をディスクの種類によって可変にすることで残留オフトラック量を良好に低減することができる。
【００５７】
以上が本発明の原理の概要である。次に本発明の別の実施例について説明する。図１および図８に示した実施例は、メイン光スポットと前後２個のサブ光スポットが同時に光ディスクの同一案内溝上を照射するように配置されているが、もちろんそれに限定されるものではなく、メイン光スポットとサブ光スポットのディスク半径方向に関する間隔は、ディスクのトラックピッチすなわち案内溝周期の整数倍であれば、本発明のインライン型ＤＰＰ方式と全く同様の手段でＤＰＰ信号が検出できる。例えばＤＶＤ−ＲＡＭ１ディスク再生時に、図１９の（１）に示すように、メイン光スポット１００とサブ光スポット１０１および１０２のディスク半径方向に関する間隔をディスク案内溝１１の１周期分１.４８μｍにほぼ一致するように設定すると、この集光スポット配置のままＤＶＤ−Ｒ／ＲＷディスクを再生すると、図１９の（２）のようにメイン光スポット１００とサブ光スポット１０１および１０２は、案内溝１１の周期で２周期分離れた別々の案内溝の真上に同時に集光されることになり、やはりインライン型ＤＰＰ方式によるトラッキングエラー信号検出ができることになる。なお、このときＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスクの案内溝周期は１.２３μｍであるから、上記集光スポット配置でＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスクを再生する場合は、メイン光スポットがある案内溝の真中にある時、サブ光スポットは隣接案内溝の真上から若干ずれるが、そのずれ量は僅かでありインライン型ＤＰＰ方式によるトラッキングエラー信号検出には特に大きな弊害とはならない。また、当然のことながらメイン光スポット１００とサブ光スポット１０１および１０２のディスク半径方向に関する間隔は、上記の値に限定されるものではなく、例えばＤＶＤ−ＲＡＭ１ディスクの案内溝周期１.４８μｍとＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスクの案内溝周期１.２３μｍの中間値である１.３６μｍ程度に設定することも可能である。
【００５８】
次に本発明の別の実施例について図２０を用いて説明する。図２０は本発明を用いた光ピックアップの別の一実施例を示した図で、図中に示された各光学部品については、図１に示した本発明の第１の実施例と同じ光学部品には同じ番号を付している。
【００５９】
図１に示した本発明の第１の実施例では、特殊回折格子３０を半導体レーザ光源１とハーフミラー３の間の光路中に配置していたが、特殊回折格子３０の配置位置はこれに限定されるものではなく、光源から対物レンズの間の光路中であればどこに配置しても構わない。例えば図２０に示した実施例では、特殊回折格子３０を対物レンズ５の直下に配置し、対物レンズ５と同じレンズホルダー１５内に固定することで、２次元アクチュエータ２５によって対物レンズ５と一緒に駆動するようになっている。このような構成にすると、対物レンズ５が変位しても対物レンズ５と特殊回折格子３０との相対位置関係は変化しないので、前述したような対物レンズ変位に伴う視野特性の劣化をさらに改善できる。
【００６０】
なお図２０に示したように、特殊回折格子３０を対物レンズ５の直下に配置すると、この特殊回折格子３０には半導体レーザ光源１を発し光ディスク１０に入射する往路のレーザ光束とともに、光ディスク１０を反射し光検出器２０に達する復路のレーザ光束も通過することになる。このため通常の回折特性を有する回折格子を用いると復路光束も回折して不要な迷光を発生させてしまい、これが光ピックアップの性能を低下させる怖れがある。このような問題を避けるためには、例えば特定の偏光方向の光束は所定の回折効率で回折するが、その偏光方向に直交する偏光方向を持った光束は回折光を発生させずそのまま光束を通過させる特性を持った偏光性回折格子を特殊回折格子３０として用い、かつこの特殊回折格子３０と対物レンズ５との間の光路中に４分の１波長板４０を配置することで、前記往路光束と復路光束の偏光方向を自動的に直交させる手段を用いればよい。
【００６１】
ところで、これまで述べた実施例はいずれも光ピックアップを構成する各光学部品をそれぞれ独立に配置した構成になっているが、当然のことながら本発明はこのような光ピックアップに限定されるものではない。例えば図２１に示した実施例では、半導体レーザ光源１、光検出器２０などを同一の筐体４１内に収納したいわゆる半導体レーザモジュールを用いている。（なお、本図中に示された各光学部品については、図１および図２０に示した本発明の他の実施例と同じ光学部品には同じ番号を付している。）
図２１の実施例では、半導体レーザ光源から発したレーザ光束が筐体４１外に出射する際の窓部にあたるところに所定の厚さを有する透明基板４２を配置し、筐体４１の内部を封止している。そしてこの透明基板４２の上面には半導体レーザ光源を発し光ディスク１０に向かう往路光束の光路と光ディスク１０を反射してきた復路光束の光路を分離し、復路光束を光検出器２０に導く機能を持ったホログラム素子４３が配置されている。また本発明で用いる特殊回折格子３０は透明基板４２の下面に配置されている。
【００６２】
このように半導体レーザ光源や光検出器などを１個の筐体内に収納した半導体レーザモジュールを用いた光ピックアップは、光ピックアップを小型化、薄型化できるという利点を有している。
【００６３】
なお、図２１では光検出器２０の具体的な受光面形状や配置については特に図示していないが、当然のことながら、差動プッシュプル方式でトラッキングエラー信号を検出できるような構成であれば、どのような構成の半導体レーザモジュールでもよい。
【００６４】
また、当然のことながら本発明が適用されるのは、図１、図２０、図２１にそれぞれ示した光ピックアップに限定されるものではなく、差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号検出手段を用いた光ピックアップであればどのような構成の光ピックアップにも適用できる。
【００６５】
最後に、本発明の光ピックアップを搭載した光学的情報再生装置または光学的情報記録再生装置に関する実施例を図２２に示す。
【００６６】
６０は例えば図１または図２０、図２１の実施例に示すような構成を有する光ピックアップである。なおこの光ピックアップ６０には、光ディスク１０の半径方向（内外周方向）にその位置をスライドできる機構が設けられており、アクセス制御回路７２からのアクセス制御信号に応じて位置制御がおこなわれる。
【００６７】
レーザ点灯回路７６からは所定のレーザ駆動電流が光ピックアップ６０内の半導体レーザ光源に供給され、所定の光量でレーザ光が出射する。また光ピックアップ６０内の所定の光検出器から検出された各種サーボ信号および情報信号は、サーボ信号生成回路７４及び情報信号再生回路７５に送られる。サーボ信号生成回路７４では、これら検出信号からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が生成され、これを基にアクチュエータ駆動回路７３を経て光ピックアップ６０内の２次元アクチュエータを駆動することにより、対物レンズの位置制御がおこなわれる。また情報信号再生回路７５では前記検出信号から光ディスク１０に記録された情報信号が再生される。
【００６８】
なお前記サーボ信号生成回路７４及び情報信号再生回路７５で得られた信号の一部はコントロール回路７０に送られる。このコントロール回路７０には、レーザ点灯回路７６やアクセス制御回路７２、スピンドルモータ駆動回路７１など接続されており、それぞれ光ピックアップ６０内の半導体レーザ発光光量の制御、アクセス方向および位置の制御、光ディスク１０を回転させるスピンドルモータ７７の回転制御等が行われる。また、コントロール回路７０の内部には前記サーボ信号生成回路７４及び情報信号再生回路７５で得られた信号から光ディスクの種類を判別するディスク判別回路(図示せず。）が設けられており、その判別結果から例えばサーボ信号生成回路７４の内部に備えられたＤＰＰ信号生成回路(図示せず。）のサブプッシュプル信号(＝サブ光スポットから得られたプッシュプル信号)の増幅ゲイン(前記Ｋ２に相当)等を自動的にコントロールできるようになっている。
以上のような実施例によれば、トラックピッチが異なる複数種類の光ディスクの記録、再生において、対物レンズの変位に伴うトラッキングエラー信号の振幅劣化や残留するオフトラック量が良好に改善された実用的なトラッキングエラー信号を検出できるので、高汎用性、高信頼性を備えた光ピックアップやそれを用いた光学的情報記録または再生装置を実現することができる。
また、以上のような実施例によれば、前記したようなインラインＤＰＰ方式の利点を保持したままインラインＤＰＰ方式における最大の問題点であるトラッキングエラー信号視野特性劣化の問題を改善し、ディスクのトラックピッチの違いや対物レンズのトラッキング方向変位への依存が少なく、トラックピッチが異なる複数種類の光ディスクに対して常にトラッキングオフセットが良好に除去された実用的なトラッキングエラー信号を検出することができる新しいトラッキングエラー信号検出手段を用いた光ピックアップあるいは光学的情報記録または再生装置を提供することができる。
【0069】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高汎用性、高信頼性を備えた光ピックアップやそれを用いた光学的情報再生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた光ピックアップの一実施例を示した概略構成図である。
【図２】従来型ＤＰＰ方式を用いた光ピックアップの例を示した概略構成図である。
【図３】従来型ＤＰＰ方式で用いる回折格子の一例を示した斜視図である。
【図４】従来型ＤＰＰ方式における光ディスク上集光スポット配置図および検出系の概略結線図である。
【図５】インライン型ＤＰＰ方式で用いる特殊回折格子の一例を示した斜視図である。
【図６】インライン型ＤＰＰ方式における光ディスク上集光スポット配置図および検出系の概略結線図である。
【図７】本発明で用いる特殊回折格子の一例を示した斜視図である。
【図８】本発明おける光ディスク上集光スポット配置図および検出系の概略結線図の一実施例である。
【図９】本発明の特殊回折格子を用いた場合の回折光束および透過光束の波面形状を示した斜視図である。
【図１０】従来型インラインＤＰＰ方式における検出器面上光スポットの波面形状と強度分布の例を示した概略図である。
【図１１】従来型インラインＤＰＰ方式において対物レンズが変位した場合の±１次回折光束の波面断面形状を描いた概略図である。
【図１２】従来型インラインＤＰＰ方式で対物レンズが所定量変位した場合の検出器面上光スポットの波面形状と強度分布の例を示した概略図である。
【図１３】本発明において対物レンズが変位した場合の±１次回折光束の波面断面形状を描いた概略図である。
【図１４】本発明において対物レンズが所定量変位した場合の検出器面上光スポットの波面形状と強度分布の例を示した概略図である。
【図１５】本発明または従来型インラインＤＰＰ方式を用いてＤＶＤ-ＲＡＭ１ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とＤＰＰ信号振幅相対値との関係を示した線図である。
【図１６】本発明または従来型インラインＤＰＰ方式を用いてＤＶＤ-ＲＡＭ２ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とＤＰＰ信号振幅相対値との関係を示した線図である。
【図１７】本発明を用いてＤＶＤ-ＲＡＭ１ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とサーボ引き込み後の残留オフトラック量との関係を示した線図である。
【図１８】本発明を用いてＤＶＤ-ＲＡＭ２ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とサーボ引き込み後の残留オフトラック量との関係を示した線図である。
【図１９】本発明における光ディスク上集光スポット配置に関する別の一実施例を示した光スポット概略配置図である。
【図２０】本発明を用いた光ピックアップの別の一実施例を示した概略構成図である。
【図２１】本発明を用いた光ピックアップの別の一実施例を示した概略構成図である。
【図２２】本発明の光ピックアップを搭載した光学的情報再生または記録再生装置の一実施例を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ光源、５ 対物レンズ、１０ 光ディスク、１１ 案内溝、２０ 光検出器、２６ ２分割特殊回折格子、３０ ３分割特殊回折格子、１００光ディスク面上メイン光スポット、１０１・１０２ 光ディスク面上サブ光スポット、２００・２０１・２０２ 検出面上光スポット
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的情報記録媒体（以下説明を簡略化するため、この光学的情報記録媒体を光ディスクと記す。）の記録面上に照射された光スポットにより、前記光ディスクに情報信号を記録、または既に記録された情報の再生をおこなう機能を有する光ピックアップおよびその光ピックアップを搭載した光学的情報記録または再生装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップは、一般に光ディスク内にある所定の記録トラック上に正しく集光スポットを照射するため、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を検出し、これら各エラー信号を用いて対物レンズの位置制御をおこなう構成になっている。このうちトラッキングエラー信号の検出方式としては、３スポット方式、プッシュプル方式、差動プッシュプル方式等が代表的な検出方式として知られている。（以下、説明を簡略化するため、便宜上この差動プッシュプル方式を従来型ＤＰＰ方式と記す。）
特に従来型ＤＰＰ方式は、比較的簡略な光学系によって感度の高いトラッキングエラー信号が検出できるうえ、対物レンズの変位や光ディスクの傾きなどに起因するトラッキングエラー信号のオフセットが良好に除去された信頼性の高いトラッキングエラー信号を検出できるという利点があり、近年、追記型もしくは書き換え型光ディスクに対応した光ピックアップを中心に広く採用されている方式である。（例えば、特許文献１参照）
ここで従来型ＤＰＰ方式によるトラッキングエラー信号検出原理について簡単に説明する。従来型ＤＰＰ方式を用いた光ピックアップでは、例えば図２に示すように、半導体レーザ光源１とハーフミラー３の間の光路中に回折格子２を配置している。この回折格子２は、一般に例えば図３に示すように一定の周期で等間隔に刻まれた直線状の格子溝を有し、半導体レーザ光源１から発した光束から０次光束および±１次回折光束の少なくとも合計３本の光束を回折分離する機能を備えている。そしてこれら３本の光束は、それぞれハーフミラー３、コリメートレンズ４、対物レンズ５を経てそれぞれ独立に集光され、図４の左側の図に示すように光ディスク１０の信号記録面上に３個の集光スポット１００、１０１、１０２を形成する。この時、３個の集光スポット１００、１０１、１０２は、光ディスク１０の半径方向、すなわち該光ディスク１０の記録面上に周期的に設けられた案内溝１１を垂直によぎる方向に関する照射位置間隔δが該案内溝１１の周期（以下説明を簡略化するため、便宜上この案内溝周期をトラックピッチと記す。）Ｔｐの略２分の１に一致するよう、回折格子を光軸回りに回転調整するなどの手段によってその照射位置が調整されている。そして前記各集光スポットの光ディスク反射光束は、再び対物レンズ５、コリメートレンズ４、ハーフミラー３に達する。そして一部の光量がこのハーフミラーを透過後、検出レンズ６を経て光検出器２０に入射する。
【０００３】
この光検出器２０には、例えば図４の右側の図に示すように、３個の２分割もしくは４分割受光面２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配置されており、前記光ディスク反射光は各々独立に所定の受光面に入射し、それぞれ検出光スポット２００、２０１、２０２を形成する。そして、この各受光面からの光電変換信号を減算器５０ａ、５０ｂ、５０ｃによってそれぞれ減算処理することにより、検出光スポット２００、２０１、２０２それぞれごとにプッシュプル方式によるトラッキングエラー信号（以下説明を簡略化するため、便宜上この信号を単純にプッシュプル信号と記す。）が検出される。
【０００４】
このとき光ディスク１０上に集光されているメイン光スポット１００に対応する検出光スポットを２００、サブスポット１０１、１０２に対応する検出光スポットをそれぞれ２０１、２０２とし、これらの各検出光スポットから得られるプッシプル信号をＳａ、Ｓｂ、Ｓｃで表すと、光ディスク上の集光スポット１００、１０１、１０２の位置関係から明らかに、プッシュプル信号ＳａとＳｂおよびＳｃは、その位相が互いに約１８０度ずれている。すなわち、プッシュプル信号ＳａとＳｂおよびＳａとＳｃは、互いにその信号波形が逆相になって出力される。（ＳｂとＳｃは同位相。）したがって、この信号ＳａからＳｂとＳｃの和信号を減算処理しても信号成分は打ち消されることなく、逆に増幅させることができる。
【０００５】
一方、対物レンズの変位や光ディスクの傾きなどが生じると、それに起因して各プッシュプル信号に所定のオフセット成分が発生するが、このオフセット成分は明らかにディスク面上の集光スポット位置に関係なくＳａ、Ｓｂ、Ｓｃのいずれも同じ極性で発生する。したがって上記のような減算処理を行うと、各プッシュプル信号に含まれるオフセット成分だけが選択的に打ち消し合い、結果的にオフセット成分だけが完全に除去または大幅に低減された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。
【０００６】
すなわち、例えば図４の右側プッシュプル信号ＳｂとＳｃを加算器５１によって加算処理し、さらにこの加算処理後の信号を増幅器５２によって適当に増幅したのちに、減算器５３によってメイン光スポット１００のプッシュプル信号Ｓａから減算処理することにより、このプッシュプル信号Ｓａに含まれる上記オフセット成分を完全に除去または大幅に低減し、振幅だけを増幅させた良好なトラッキングエラー信号が出力されるわけである。
【０００７】
以上が従来型ＤＰＰ方式の検出原理に関する概略説明である。なおこの従来型ＤＰＰ方式は下記特許文献１等で開示された既に公知の技術であるためこれ以上の詳細な説明は省略する。
【０００８】
上記したように従来型ＤＰＰ方式は、比較的簡略な検出光学系によって感度の高いトラッキングエラー信号が検出できるうえ、対物レンズの変位や光ディスクの傾きなどに起因するトラッキングエラー信号のオフセット成分を完全に除去または大幅に低減することができるという特長があり、特に追記型や書き換え型光ディスクのように周期的に案内溝が設けられた光ディスクに適応した光ピックアップのトラッキングエラー信号検出方式として非常に有効である。
【０００９】
しかしながら一方で、この従来型ＤＰＰ方式は以下に示すような実用上の問題点も抱えている。すなわち従来型ＤＰＰ方式では上記したように、光ディスク上に照射される３個の集光スポットの照射位置間隔δをその光ディスクのトラックピッチＴｐの２分の１に合わせる必要がある。したがって、逆にトラックピッチが集光スポット間隔δの２倍から大きくはずれるような光ディスクに対しては、良好にトラッキングエラー信号を検出することができなくなってしまう。
【００１０】
例えば、現在急速に需要が伸びている追記型もしくは書き換え型のＤＶＤ系光ディスクとして、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷなどがあるが、このうちＤＶＤ−ＲＡＭは、そのトラックピッチが約１.４８μｍで記録容量が約２.６ＧＢのタイプ（ＲＡＭ１）と、トラックピッチが約１.２３μｍで記録容量が約４.７ＧＢのタイプ（ＲＡＭ２）の２種類が存在する。一方、ＤＶＤ−ＲおよびＤＶＤ−ＲＷのトラックピッチは０.７４μｍで、ＤＶＤ−ＲＡＭ1ディスクのトラックピッチのちょうど半分になっている。
【００１１】
最近は、１台でこれら複数種類の光ディスクの記録あるいは再生に全てに適用できる光ピックアップの実用化が強く望まれている。しかしながら従来型ＤＰＰ方式では、例えばＤＶＤ−ＲＡＭディスクで最適のトラッキングエラー信号が検出できるように３個の集光スポットの配置間隔を調整してしまうと、ＤＶＤ−ＲやＤＶＤ−ＲＷディスクに対しては、３個の集光スポットの配置間隔がディスクのトラックピッチそのものにほぼ一致してしまい、従来型ＤＰＰ方式によるトラッキングエラー信号を検出することが困難になってしまう。すなわち、同一の光ピックアップでトラックピッチが異なる複数種類の光ディスクに対応させようとすると、ディスクの種類によっては、従来型ＤＰＰ方式を用いて良好なトラッキングエラー信号を検出することが困難になってしまう場合がある。
【００１２】
このような問題に対して最近、従来型ＤＰＰ方式の利点を生かしつつディスクのトラックピッチの違いに依存せず、どのようなトラックピッチを有する光ディスクに対しても常に良好なトラッキングエラー信号が検出できる新しいトラッキングエラー信号検出方式が提案されている。（例えば、特許文献２等参照）
この特許文献２に開示されているトラッキングエラー信号検出方式は、前述した従来型ＤＰＰ方式とほぼ同様の検出光学系でトラッキングエラー信号が検出できるが、唯一異なる点は、レーザ光源を発した光束を３本の光束に回折分離する回折格子として、例えば図５に示すように略半面２７に形成された格子溝の周期構造の位相がもう一方の略半面２８に形成された格子溝の周期構造の位相に対して略１８０度ずれた特殊な周期構造をもった回折格子２６を用いる点である。本方式の具体的な検出原理については下記特許文献２に詳細に記載されているのでここでは省略するが、このような特殊な周期構造の格子溝パターンを持った回折格子２６を図２における回折格子２と同様の位置に配置すると、図６の左側の図に示すように光ディスク１０上に照射された３個の集光スポットを従来型ＤＰＰ方式とは違って全く同一の案内溝１１上を照射するように配置しても、図６の右側の図に示すようにメイン光スポット１００に対応する検出光スポット２００から検出されるプッシュプル信号Ｓａとサブスポット１０１、１０２のそれぞれに対応する検出光スポット２０１，２０２から検出されるプッシュプル信号ＳｂおよびＳｃは、互いにその信号波形が逆位相になって出力される。（ＳｂとＳｃは同位相。）したがって従来型ＤＰＰ方式と全く同様の演算回路によって従来型ＤＰＰ方式と全く同様のトラッキングエラー信号が検出できるようになる。
【００１３】
このように上記方式は、同一の案内溝上に３個の集光スポットを同時に照射しても従来型ＤＰＰ方式と同様の差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号を検出できることから、結果的にディスクのトラックピッチの違いに全く依存せず、常トラッキングオフセットが良好に除去されたトラッキングエラー信号を検出することできる。
【００１４】
このように、特許文献２に開示された新しいトラッキングエラー信号検出方式（以下説明を簡略化しかつ本発明の主旨を明確化するため、このトラッキングエラー信号検出方式をインライン型ＤＰＰ方式と記す。）は、従来型ＤＰＰ方式と同様の演算回路を用い、かつ従来型ＤＰＰ方式の利点を生かしつつ、従来型ＤＰＰで問題となっていた光ディスクのトラックピッチ依存性を解消し、異なるトラックピッチを有する複数種類の光ディスクに対しても同一の光ピックアップで常に良好なトラッキングエラー信号を検出できるという大きな利点を有している。
【００１５】
【特許文献１】
特開平７−２７２３０３号公報
【特許文献２】
特開平９−８１９４２号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記インライン型ＤＰＰ方式には実用上以下に示すような重大な問題点がある。
【００１７】
すなわちインライン型ＤＰＰ方式では、対物レンズがディスクの記録トラックに略直交する方向（以下説明を簡略化するため、この方向をトラッキング方向と記す。）に変位すると、その変位量に応じて検出されるトラッキングエラー信号の振幅が大幅に低下してしまうという問題が起こる。このような対物レンズのトラッキング方向変位に伴うトラッキングエラー信号の特性劣化を一般にトラッキングエラー信号の視野特性と称するが、前記インライン型ＤＰＰ方式は、このトラッキングエラー信号の視野特性が従来型ＤＰＰ方式比較して著しく悪い。このため従来のインライン型ＤＰＰ方式を用いて実用的なトラッキングエラー信号を得るためには、対物レンズの許容変位幅を非常に狭い範囲に限定せざるを得ず、光ピックアップの実用性能が大きく阻害されるのが実情であった。
【００１８】
しかも、従来このようなインライン型ＤＰＰ方式の視野特性劣化の問題についてはどの公知文献も一切言及しておらず、したがって当然のことながらその改善手段も一切開示されていない。
【００１９】
本発明は、以上のような状況に鑑み、高汎用性、高信頼性を備えた光ピックアップやそれを用いた光学的情報再生装置の実現を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため本発明では、まずレーザ光源と該レーザ光源を発したレーザ光束を少なくとも３本の光束に分岐する光分岐手段と前記３本の光束を集光して光ディスクの記録面上に各々独立した３個の集光スポットを照射する集光光学系と前記３個の集光スポットの前記光ディスクからの反射光を各々２分割以上に分割された受光面で受光するように配置された光検出器とを具備した光ピックアップにおいて、
前記光分岐手段として、第１及び第２及び第３の少なくとも３つの領域に分割され各領域内で所定の周期構造を備えた回折格子であって、前記第１の領域は前記第２の領域と第３の領域の間に配置され、かつ前記第２の領域内では前記第１の領域内に備えられた周期構造の位相に対して略９０度異なる位相を有する周期構造を備えるとともに前記第３の領域内では前記第２の領域内に備えられた周期構造の位相に対して略１８０度異なる位相を有する周期構造を備えた回折格子を設けた。
【００２１】
また前記光ディスクの記録面上に照射される３個の集光スポットを前記光ディスクの記録面上に周期的に設けられた案内溝に対して略直交する方向に関して略ゼロもしくは前記案内溝周期の略整数倍の間隔で配置した。
【００２２】
さらに光学的情報記録装置または再生装置として、前記した光ピックアップと、該光ピックアップ内に具備された前記光検出器の各受光面からの出力された信号に所定の演算処理を施すことにより、差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号を検出する機能を備えたトラッキングエラー信号検出装置を少なくとも具備した。
【００２３】
さらに、光学的情報記録装置または再生装置として、レーザ光束を主光束と少なくとも２本以上の副光束に分岐し、複数本ある副光束の各々に関する前記プッシュプル信号のうち一部もしくは全部加算したのち所定の増幅率Ｋで増幅し、主光束に関するプッシュプル信号から減算することによって差動プッシュプル信号を生成する差動プッシュプル信号生成回路とを少なくとも備え、かつ前記光学的情報記録媒体内に設けられた前記案内溝の配置間隔の違いに応じて前記増幅率Ｋを可変とする構成とした。
また、本発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも３本の光束に分岐する回折格子と、前記回折格子で分岐された３本の光束を光ディスクに集光する対物レンズと、前記光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、を備える光ピックアップであり、前記回折格子は、所定の周期構造を備える第１の領域、第２の領域、第３の領域に分割され、前記第１の領域は、前記第２の領域と前記第３の領域の間に配置されており、前記第２の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ＋９０度異なる位相の周期構造を備え、前記第３の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ−９０度異なる位相の周期構造を備えている。
また、本発明に係る光学的情報再生装置は、上記の光ピックアップと、光ピックアップから出力された信号からトラッキングエラー信号を生成するトラッキングエラー信号生成部と、を備える。
また、本発明は、光学的情報記録媒体にレーザ光を照射し、前記光学的情報記録媒体からの反射光を受光し、トラッキングエラー信号を生成するための信号を出力する光ピックアップに搭載される回折格子であり、所定の周期構造を備える第１の領域、第２の領域、第３の領域を備え、前記第１の領域は、前記第２の領域と前記第３の領域の間に配置されており、前記第２の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ＋９０度異なる位相の周期構造を備え、前記第３の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ−９０度異なる位相の周期構造を備えている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光ピックアップの一例を示した概略構成図である。
【００２５】
図中の１は半導体レーザ光源、３はハーフミラーまたはビームスプリッタ、４はコリメートレンズ、５は対物レンズ、６は検出レンズ、１０は光ディスク、２０は所定のパターンで多分割された受光面をもつ光検出器である。対物レンズ５はレンズホルダー１５内に固定され、所定の磁気回路によって構成された２次元アクチュエータ２５によって光軸に沿った方向（以下、この方向をフォーカス方向と記す。）とトラッキング方向の２方向に駆動するようになっている。
【００２６】
半導体レーザ１とハーフミラー３の間に配置されているのが、本発明で用いられる特殊回折格子３０である。半導体レーザ１を発したレーザ光は、この特殊回折格子３０によって０次光および±１次回折光の少なくとも３本の光束（図示せず。）に回折分離した後、ハーフミラー３を反射してコリメートレンズ４を経て対物レンズ５に達し、この対物レンズ５によって各々独立に光ディスク１０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。
【００２７】
この時光ディスク１０の記録面上に集光される３個の集光スポット１００および１０１、１０２は、図８の左側の図に示すように、光ディスク１０上に周期的に設けられた案内溝１１のうち全く同一の案内溝上に同時に照射されるよう略一直線状に配置されている。
【００２８】
そして各集光スポットのディスク反射光は、往路とほぼ同様の光路を逆にたどり対物レンズ５、コリメートレンズ４を経てハーフミラー３に到達したのち、その光量の一部がハーフミラー３を透過し、検出レンズ６を経て多分割光検出器２０内に設けられた所定の受光面に入射する。そして多分割光検出器２０内の各受光面から得られた検出信号から所定の演算回路を経てフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などの対物レンズ位置制御信号および光ディスク１０の記録面に記録された情報信号などが検出される。この時トラッキングエラー信号については、図８の右側の図に示すように、多分割光検出器２０の各受光面２０ａ,２０ｂ，２０ｃで検出された信号から減算器５０ａ，５０ｂ，５０ｃおよび加算器５１、増幅器５２、減算器５３など従来型ＤＰＰ方式と全く同様の演算回路を経て検出される。
【００２９】
ところで、図４、図６、図８で示した例では、いずれも光検出器が少なくともディスクの半径方向に直交する方向、いわゆるディスクの接線方向に対応する方向に２分割された受光面を有し、この２分割受光面の各々からの出力信号の差から各集光スポットのプッシュプル信号を検出する構成になっている。通常、プッシュプル信号はディスクの半径方向に対応する方向に２分割された受光面からの出力信号の差信号から検出されるのが一般的である。しかしながら、図４、図６、図８に示した例はいずれもフォーカスエラー信号の検出方式として非点収差方式を採用した例を示しているため、検出器の受光面上の光スポットは強度分布が光軸回りに略９０度回転してしまっている。このためプッシュプル信号は各図に示すように、ディスクの接線方向に対応する方向に２分割された受光面からの出力信号の差から検出するようになっている。なお、上記したような非点収差方式によるフォーカスエラー信号検出手段とプッシュプル方式あるいは差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号検出手段を組み合わせた場合の検出器受光面配置の特長については、既に公知の内容であり本発明とは直接的な関係が無いので、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００３０】
ところで、上記のように図１や図８で示した本発明の第１の実施例は、図６等によって既に紹介した従来のインライン型ＤＰＰ方式を用いた光ピックアップとほぼ同一の光学系構成および集光スポット配置になっているが、半導体レーザ１とハーフミラー３の間に設けられた特殊回折格子３０の格子パターンが特に異なっている。
【００３１】
図７は、本発明で用いられる回折格子３０の格子パターンを示した斜視図である。回折格子３０の格子面には一定の周期で格子溝が形成されているが、その格子面は図のように格子溝が刻まれている方向に対して直交する分割線で少なくとも３つの領域に分割されている。すなわち光ディスク１０のトラッキング方向に相当する方向に少なくとも３つの領域３１、３２、３３に分割されているわけである。このうち中央部の領域３２は所定の幅Ｗをもっている。またこの中央部領域３２内に周期的に設けられている格子溝の位相に対して領域３２に隣接する領域３１内に周期的に設けられている格子溝の位相は＋９０度ずれている。すなわち、領域３１内に設けられている格子溝は中央部領域３２内に設けられている格子溝に対して格子溝周期の約４分の１分だけ配置がずれているわけである。一方、反対側に隣接している領域３３内に設けられている格子溝の位相は中央部領域３２内に設けられている格子溝の位相に対して−９０度ずれている。すなわち、領域３３内に設けられている格子溝は中央部領域３２内に設けられている格子溝に対して、領域３１内に設けられている格子溝とは反対側に格子溝周期の約４分の１分だけ配置がずれているわけである。したがって、領域３１と領域３３内に設けられた格子溝は、互いに位相で１８０度すなわち格子溝周期の２分の１分だけ配置がずれている。
【００３２】
このような特殊な格子パターンを持った回折格子３０で回折分離された±１次回折光束は光波の波面（等位相面）が所定の変調をうける。図９はその様子を示した図で、例えば平面的な波面（等位相面）１４０をもった光束１３０が回折格子３０に入射すると、回折格子３０によって回折分離された＋１次回折光束１５１と−１次回折光束１５２が有する波面（等位相面）１６１および１６２は、図のように波長λの４分の１ずつすなわち位相で９０度ずつ３段階にシフトした階段状の波面形状になる。この時、３段階にシフトした波面のうち中央部領域の幅は図中に示すように特殊回折格子３０の中央部領域の幅Ｗに一致している。また波面１６１と１６２は図中に示すように互いに位相関係が反転し、凹凸が反転した波面形状となっている。一方、格子をそのまま通過する０次光束１５０は格子パターンの影響を受けないので、入射光束１３０と同様の平面的な波面（等位相面）１６０をもつ。なお、上記の説明では、簡単のために特殊回折格子３０に入射する光束１４０が平面的な波面（等位相面）を有する平行光束である場合について説明したが、図１の実施例のように半導体レーザ光源１から発した発散光束が直接回折格子３０に入射するような場合、すなわち特殊回折格子３０に入射する光束が略球面の波面形状になっているような場合においても、当然のことながら、この特殊回折格子３０で回折分離した±１次回折光束は上記と同様の位相変調を受け、３段階にシフトした階段状の波面形状になる。
【００３３】
次に、上記のように３領域に分割した特殊な回折格子を用いて、３段階の階段状にシフトした波面（等位相面）をもつ±１次回折光束を用いると、なぜ従来のインライン型ＤＰＰ方式と全く同様の手段でトラッキングエラー信号を検出しても従来のインライン型ＤＰＰ方式よりもトラッキングエラー信号の視野特性が改善されるかその理由を以下に説明する。
【００３４】
まず初めに、インライン型ＤＰＰ方式のトラッキングエラー信号検出原理について簡単に説明する。
【００３５】
前述したように従来のインライン型ＤＰＰ方式では、半導体レーザ光源1を発したレーザ光束を３本の光束に回折分離するための回折格子として図５に示したような２分割された領域を持つ特殊回折格子２６を用いる。このような特殊回折格子でレーザ光束を回折分離すると、±１次回折光束は左右の段差が波長λの２分の１すなわち位相で１８０度分だけシフトとした２段階の階段状の波面をもった状態になり、この状態を保持したままコリメートレンズ、対物レンズ等を経て光ディスクの記録面上に集光される。（この集光スポットを便宜上サブ光スポットと記す。）
一方、前記特殊回折格子をそのまま通過する０次光の波面は何の位相変調も受けず、コリメートレンズを経たのち平面的な波面をもつ平行光束として対物レンズに入射し、前記±１次回折光束と同様光ディスクの記録面上に集光される。（この集光スポットを便宜上メイン光スポットと記す。）
ところで、周期的に案内溝が形成された光ディスク記録面にレーザ光束が集光されされると、その反射光束はディスクの案内溝によって回折され、少なくとも０次光束および±１次回折光に分離する。そして対物レンズの瞳面内でこれら０次光および±１次回折光が互いに所定距離だけずれた状態で重なって進行し光検出器の受光面に達する。そしてこの受光面上で前記０次光と±１次回折光が重畳した領域では、０次光と±１次回折光との干渉効果により所定の光強度になる。その際、この光強度は重畳される０次光と±１次回折光が持つ波面の位相の相対的な差に応じて明暗が決まる。そしてこの０次光波面と±１次回折光波面の位相差はディスク案内溝に対する集光スポットの相対位置により順次変化していく。
【００３６】
図１０は、２分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型ＤＰＰ方式においてメイン光スポットとサブ光スポットのディスク反射光束がそれぞれ検出器受光面上に達した際、各受光面上の検出光スポットの中でディスクの案内溝によって回折分離され所定距離だけずれて重畳している０次光と±１次回折光の波面の位相関係と、その位相関係によって生じた干渉効果による光強度の明暗の状態を光ディスク上の集光スポットとディスクの案内溝との相対位置関係に応じて分類し模式的に表した図である。
【００３７】
図１０において、まずメイン光スポットに注目すると、受光面上の検出光スポット２００内では、前述したようにディスクの案内溝によって回折分離されて生じた０次光と±１次回折光がそれぞれ一定距離だけ左右にずれて重畳されているが、その波面はいずれも略平面になっている。そして例えば図中に示すように光ディスク上集光スポットがディスク案内溝１１の真中（状態名（Ａ））もしくは案内溝間の真中（状態名（Ｃ））にある状態では、ディスク案内溝によって生じた０次光波面と±１次回折光波面は、互いに＋９０度または−９０度の位相差をもつが、そこから集光スポットが徐々にずれるにしたがって各波面の位相関係も順次変化し、集光スポットが案内溝の周期の４分の１だけずれた位置に達した状態（状態名（Ｂ））または反対側に案内溝の周期の４分の１だけずれた位置に達した状態（状態名（Ｄ））では、ディスク案内溝によって生じた±１次回折光の波面のうちどちらか一方が０次光の波面に対して０度、他方が１８０度の位相差をもつようになっている。しかも状態（Ｂ）と状態（Ｄ）では、その位相差の関係が左右（＋１次回折光と０次光の重畳領域および−１次回折光と０次光の重畳領域）で反転している。
【００３８】
このため＋１次回折光と０次光の重畳領域および−１次回折光と０次光の重畳領域での明暗の光強度変化がディスク上集光スポットとディスク案内溝の相対位置関係によって連続的に変化し、しかもその変化の様相が左右の重畳領域で完全に反転している。そこで、この光強度変化を少なくとも２分割された光検出器で左右別々に検出し、その差動信号を出力させることによっていわゆるプッシュプル方式によるトラッキングエラー信号が検出できるわけである。
【００３９】
一方、サブ光スポットついては、前述したように従来のインライン型ＤＰＰ方式の場合光束内の波面が互いに１８０度位相ずれがある２段階の階段状波面になっており、その階段状の波面形状は光ディスクを反射して光検出器の受光面に達しても保持される。そしてメイン光スポットと全く同様、光ディスク案内溝によって±１次回折光が回折分離し０次光に対して一定距離だけ左右にずれた状態で重畳し、その重畳部分において干渉効果により０次光波面と＋１次回折光波面および０次光波面と−１次回折光波面との相対的な位相ずれ量に応じて明暗の光強度変化が生じる。しかもディスク上集光スポットと案内溝の相対位置関係（例えば状態名（Ａ）〜（Ｄ））によってディスク案内溝によって生じた±１次回折光とし０次光の波面の平均的な位相差が所定の変化をしめすのもメイン光スポットと全く同様である。
【００４０】
しかしながら、サブ光スポットの場合は前述したように左右で互いに１８０度位相ずれがある２段階の階段状波面になっているために、ディスク上集光スポットと案内溝の相対位置関係（例えば状態名（Ａ）〜（Ｄ））によって決まる±１次回折光と０次光の波面の平均的な位相差がメイン光スポットと全く同様であっても、その結果として生じる左右の干渉領域での明暗の光強度変化は図中に示すようにメイン光スポットの場合に対して完全に反転する。このことは、以下のことを意味している。すなわち、インライン型ＤＰＰの場合、メイン光スポットとサブ光スポットのディスク案内溝に対する相対位置が全く同じであっても、出力されるプッシュプル信号はその信号波形の位相が完全に反転して出力されることを意味している。インライン型ＤＰＰ方式では、図６に示すようにメイン光スポットとサブ光スポットが同時に同一の案内溝上に照射するような集光スポット配置にしても従来型ＤＰＰ方式と同様のトラッキングエラー信号が得られるのは、上記理由による。
【００４１】
次に上記したようなインライン型ＤＰＰ方式において、対物レンズがトラッキング方向、すなわち光ディスクの半径方向に所定の変位量Ｓだけ変位した場合を考える。この場合は当然のことながら、図１１に示すように特殊回折格子２６内の領域２７と領域２８との境界線と対物レンズ５の中心光軸との間に距離Ｓに相当する位置ずれが生じる。この結果、特殊回折格子２６を回折分離した＋１次もしくは−１次回折光束の波面１６１は、位相が階段状にシフトする境界線と対物レンズの中心光軸の間に相対ずれが生じ、１８０度の位相差がついた左右の波面の幅に差が生じる。さらにこの＋１次もしくは−１次回折光束の波面１６１はディスクを反射することにより、ディスク反射光束の波面１７１に変換されるが、このディスク反射光束の波面１７１は対物レンズ中心光軸を対称軸としてディスク入射光束の波面１６１を軸対称に反転させた波面形状をもつので、やはりディスク入射光束の波面１６１と同様に１８０度の位相差がついた左右の波面の幅に差がついた状態で光検出面に入射する。
【００４２】
図１２は、上記のように対物レンズが変位することにより、１８０度の位相差がついた左右の波面の幅に差が生じ対物レンズの中心光軸に対して非対称な波面形状になった±１次回折光束を集光した形成されたサブ光スポットが、ディスクを反射し光検出器の受光面２０ｂ（もしくは２０Ｃ）に達し検出光スポット２０１（または２０２）となった場合に、この検出光スポット２０１（または２０２)の中でディスクの案内溝によって回折分離され所定距離だけずれて重畳している０次光と±１次回折光の波面の位相関係と、その位相関係によって生じた干渉効果による光強度の明暗の状態を光ディスク上の集光スポットとディスクの案内溝との相対位置関係に応じて分類し模式的に表した図である。
図１２と図１０を比較すると明らかであるが、例えば集光スポットがディスク案内溝に対してその周期の４分の１だけずれた位置にある状態（状態名（Ｂ）または（Ｄ））では、対物レンズの変位が無い図１０の場合は、左右の重畳領域内では領域内全面にわたってディスク案内溝で回折分離した０次光と±１次回折光の波面の位相差が０度もしくは１８０度で統一されているため、その部分の光強度も全面暗部もしくは明部に統一されている。
一方、図１２のように、対物レンズ変位によって前述したように１８０度の位相差がついた波面の幅に差が生じた場合は、状態名（Ｂ）または（Ｄ）の場合でも左右の重畳領域内でも部分的に０次光と±１次回折光の波面の位相差が０度から１８０度へ、あるいは１８０度から０°へ推移した領域が現れ、その結果、明部中に一部暗部が、あるいは暗部中に一部明部が現れてくる。このように領域内で一部明暗が反転した領域が現れることにより、左右の検出面からの検出された信号の差信号から得られるプッシュプル信号は、明らかにその変調度が減少してしまう。これが、２分割特殊回折格子を用いた従来のインラインＤＰＰ方式が従来型ＤＰＰ方式にくらべトラッキングエラー信号の視野特性が劣化している主原因である。
【００４３】
これに対して、本発明では前述したように特殊回折格子として３分割された領域をもつ回折格子を用いる。このような回折格子を用いると、この回折格子によって回折分離して光ディスクに入射およびこの光ディスクを反射した＋１次回折光束は、図９および図１３に示すように、９０度ずつ３段階にシフトした階段状の波面を持っている。（なお、図１３では、−１次回折光束の波面については特に図示していないが、図９から明らかなように、−１次回折光束は＋１次回折光束に対して波面の凹凸が逆転した波面になる。）
図１４は、本発明の３分割特殊回折格子を用いることにより、上記のような３段階の階段状位相シフトを有する波面を持った場合に、図１３に示すように対物レンズのディスク半径方向への変位により、波面形状が対物レンズ中心光軸に対して左右非対称になった＋１次回折光束が対物レンズによってサブ光スポットとして光ディスクの記録面上に集光され、さらに光ディスクを反射して光検出器の受光面２０ｂに達し検出光スポット２０１となった場合に、この検出光スポット２０１の中でディスクの案内溝によって回折分離され所定距離だけずれて重畳している０次光と±１次回折光の波面の位相関係と、その位相関係によって生じた干渉効果による光強度の明暗の状態を光ディスク上の集光スポットとディスクの案内溝との相対位置関係に応じて分類し模式的に表した図である。
図１４と図１２を比較すると明らかあるが、本発明の３分割特殊回折格子を用いた図１４の場合と、従来の２分割特殊回折格子を用いた図１２の場合とでは左右の各干渉領域内における明暗光強度分布の発生状況が明らかに異なる。例えば図１２の状態名（Ｂ）または（Ｄ）において部分的に明暗が反転していた領域が図１４に示した本発明では、いずれもディスクの案内溝によって回折分離されて生じた０次光と±１次回折光の位相差が±９０度になり、明部と暗部のちょうど中間的な光強度となる。上記説明は特殊回折格子３０で回折分離した±１次回折光束のうち＋１次回折光束について述べたものであるが、当然のことながら、−１次回折光に対しても同様の現象が起こる。その結果、本発明を用いて各サブ光スポットから検出されたプッシュプル信号は、対物レンズ変位に対する変調度低下率が２分割特殊回折格子を用いる従来のインライン型ＤＰＰ方式よりも小さく抑えられ、その結果として差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号の視野特性も大幅に改善されるわけである。
【００４４】
図１５は、以下に示す所定のパラメータを持つ光ピックアップでＤＶＤ−ＲＡＭ１ディスク(記録容量２.６ＧＢ、案内溝周期１.４８μｍ）を再生した場合に、対物レンズのトラッキング方向すなわちディスク半径方向への変位量とインライン型ＤＰＰ方式で検出されるトラッキングエラー信号(以下、簡単のため便宜上このトラッキングエラー信号をＤＰＰ信号と記す。）の振幅との関係、すなわちＤＰＰ信号の視野特性を計算機シミュレーションにより求めた結果である。横軸に対物レンズの変位量をとり、縦軸に２分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型ＤＰＰ方式を用い、かつ対物レンズ変位量がゼロの時におけるＤＰＰ信号振幅を１００％とした時の相対的なＤＰＰ信号振幅を取っている。なお図中には、従来のインライン型ＤＰＰ方式の他、３分割特殊回折格子を用いた本発明のインライン型ＤＰＰ方式を用いた場合について３種類の視野特性を示している。この３種類は、３分割特殊回折格子３０の中央部領域３２のディスク半径方向に相当する方向の幅Ｗを変えたもので、この幅Ｗを対物レンズに入射する直前の光束において中央部領域に相当する波面の幅に換算して０.３ｍｍ、０.５ｍｍ、０.８ｍｍの３種類について計算している。
【００４５】
なお、計算機シミュレーションに用いた光ピックアップの主要なパラメータは以下のとおり、
（１）レーザ光波長：６６０ｎｍ
（２）倍率：約６.３倍
（３）対物レンズＮＡ：約０.６４
図１５から明らかなように、３分割特殊回折格子を用いた本発明のインライ型ＤＰＰ方式を用いた場合は、２分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型ＤＰＰ方式に比べ、対物レンズ変位がゼロ付近におけるＤＰＰ信号振幅が低下しているが、一方で対物レンズ変位に対するＤＰＰ信号振幅低下比率も小さく抑えられていることがわかる。すなわち視野特性が改善されているわけである。なお、対物レンズ変位がゼロ付近におけるＤＰＰ信号振幅の低下は、出力されたＤＰＰ信号を適当な増幅器を経由して所定の増幅率で増幅してやれば良く特に問題にならない。
【００４６】
次に図１６は、図１５の計算機シミュレーションで用いたのと同じパラメータの光ピックアップでＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスク(記録容量４.７ＧＢ、案内溝周期１.２３μｍ）を再生した場合のインライン型ＤＰＰ方式で得られるＤＰＰ信号振幅の視野特性を計算機シミュレーションにより求めた結果である。図の縦軸、横軸および図中のパラメータは、図１５と全く同一である。図１６からも明らかなように、ＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスクを再生した場合でも、３分割特殊回折格子を用いた本発明のインラインＤＰＰ方式の方が、２分割特殊回折格子を用いた従来のインラインＤＰＰ方式よりも明らかに視野特性が改善されていることがわかる。
【００４７】
ところで図１５および図１６からわかるように、３分割特殊回折格子を用いた本発明のインライン型ＤＰＰ方式では、ＤＶＤ−ＲＡＭ１、ＤＶＤ−ＲＡＭ２いずれの光ディスクを再生する場合においても、特殊回折格子の中央部領域の幅が広ければ広いほど、すなわち図中のＷが大きければ大きいほど、対物レンズ変位に対するＤＰＰ信号振幅の低下率が小さく抑えられていることがわかる。しかしながら、詳細に検討していくと、特殊回折格子の中央部領域の幅を極端に広くすると、ＤＰＰ信号の波形に歪みが逆に大きくなってしまうという弊害が表れてくる。詳細な計算および検討を進めていった結果、この中央部領域の幅は、対物レンズに入射する直前の光束において中央部領域に相当する波面の幅Ｗに換算して、対物レンズの開口直径の１０％から４０％、望ましくは、２０％から３０％の間に設定するのがよいことがわかった。
【００４８】
なお、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷディスクを再生した場合については、特に図示していないが、本発明の３分割特殊回折格子を用いたインラインＤＰＰ方式を用いても従来型ＤＰＰ方式と全く同様の良好な視野特性が得られる。
【００４９】
ところで、図１５および図１６に示した計算機シミュレーションでは、計算を簡略化するため、メイン光スポット（特殊回折格子をそのまま通過する０次光束から形成される光ディスク上集光スポット）と２個のサブ光スポット（特殊回折格子によって回折分離した±１次回折光束から形成される光ディスク上集光スポット）の検出光量の和は同一であるとして、
ＤＰＰ信号＝[メイン光スポットから得られるプッシュプル信号]−［前後２個のサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の和］
として計算した。しかしながら実際の光ピックアップでは、特殊回折格子における０次光および±１次回折光それぞれの回折効率の差などによって、明らかにメイン光スポットとサブ光スポットの光量には差が生じ、その結果各集光スポットから得られるプッシュプル信号振幅には大きな差が生じている。したがって、実際の光ピックアップでＤＰＰ信号を出力する場合は、サブ光スポットから得られるプッシュプル信号に所定の増幅率Ｋを導入して、
ＤＰＰ信号＝[メイン光スポットから得られるプッシュプル信号]−Ｋ×［前後２個のサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の和］
とするのが一般的である。しかもこのＫの値の中身をさらに細かく分析すると、
Ｋ＝Ｋ１×Ｋ２
このうち、Ｋ１については以下の式であらわされる。
Ｋ１＝［メイン光スポットから得られる検出光量］÷［前後２個のサブ光スポットから得られる検出光量の和］
一方、Ｋ２は、メイン光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度とサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度の違いを補償するための所定の補償係数である。
【００５０】
一般に従来型ＤＰＰ方式や２分割特殊回折格子を用いた従来のインライン型ＤＰＰ方式では、メイン光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度とサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度は同じ変調度を持つものとして、Ｋ２を無視、すなわち強制的にＫ２＝1とし、Ｋ＝Ｋ１としていた。
【００５１】
しかしながら、本発明の３分割特殊回折格子を用いたインラインＤＰＰ方式ではメイン光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度とサブ光スポットから得られるプッシュプル信号の変調度には明らかな差が生じる。（一般にメイン光スポットから得られるプッシュプル信号変調度＞サブ光スポットから得られるプッシュプル信号変調度である。）このため、Ｋ２として１以上の所定の値を設定するのが望ましく、しかもそのＫ２の最適値は、ディスクのトラックピッチ(案内溝周期）に依存して変化することがわかった。
【００５２】
図１７は、ＤＶＤ−ＲＡＭ１ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とＤＰＰ信号の残留オフトラック量（光ピックアップから検出されたＤＰＰ信号のトラッキングサーボ引き込み点すなわちゼロクロス点と実際の案内溝中央とのずれ量）の関係を、Ｋ２の値を変えて計算したものである。なお、計算に用いた光ピックアップのパラメータは図１５および図１６の計算機シミュレーションで用いたパラメータと同一である。
【００５３】
図１７から明らかなように、従来通りＫ２＝１.０とすると、対物レンズが変位した場合にまだ多くのオフトラック量が残留するが、Ｋ２を徐々に大きくしていくと、それに比例してこの残留オフトラック量が徐々に減少していくことがわかる。しかし詳細に計算を進めていった結果、Ｋ２の値をあまり大きくしてしまうと３分割特殊回折格子の中央部領域の幅を広げていった場合と同様にＤＰＰ信号波形の歪みが大きくなってしまうので、むやみにＫ２の値を大きく出来ないということがわかった。検討の結果、ＤＶＤ−ＲＡＭ１ディスクを再生する場合、その最適なＫ２の値は１.４〜１.６程度である。
【００５４】
図１８は、ＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスクを再生した場合に、図１７と同様、対物レンズ変位量とＤＰＰ信号の残留オフトラック量の関係を、Ｋ２の値を変えて計算したものである。ＤＶＤ−ＲＡＭ２を再生する場合もＫ２の値を変化させると対物レンズ変位に伴う残留オフトラック量は変化するが、ＤＶＤ−ＲＡＭ２の場合、最適なＫ２は１.２〜１.４程度であり、この範囲にＫ２を設定しておけば対物レンズ変位が＋０.３ｍｍ〜−０.３ｍｍ間で残留オフトラック量をほぼゼロにすることができる。
【００５５】
一方、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷディスク（案内溝周期０.７４μｍ）を再生した場合については、特に図示していないが、最適なＫ２値として従来通り１.０に設定しておけば、対物レンズ変位が＋０.３ｍｍ〜−０.３ｍｍ間で残留オフトラック量をほぼゼロにすることができる。
【００５６】
なお、図５に示す従来の２分割の特殊回折格子を用いたインライン型ＤＰＰ方式の場合においても、最適なＫ２の値をディスクの種類によって可変にすることで残留オフトラック量を良好に低減することができる。
【００５７】
以上が本発明の原理の概要である。次に本発明の別の実施例について説明する。図１および図８に示した実施例は、メイン光スポットと前後２個のサブ光スポットが同時に光ディスクの同一案内溝上を照射するように配置されているが、もちろんそれに限定されるものではなく、メイン光スポットとサブ光スポットのディスク半径方向に関する間隔は、ディスクのトラックピッチすなわち案内溝周期の整数倍であれば、本発明のインライン型ＤＰＰ方式と全く同様の手段でＤＰＰ信号が検出できる。例えばＤＶＤ−ＲＡＭ１ディスク再生時に、図１９の（１）に示すように、メイン光スポット１００とサブ光スポット１０１および１０２のディスク半径方向に関する間隔をディスク案内溝１１の１周期分１.４８μｍにほぼ一致するように設定すると、この集光スポット配置のままＤＶＤ−Ｒ／ＲＷディスクを再生すると、図１９の（２）のようにメイン光スポット１００とサブ光スポット１０１および１０２は、案内溝１１の周期で２周期分離れた別々の案内溝の真上に同時に集光されることになり、やはりインライン型ＤＰＰ方式によるトラッキングエラー信号検出ができることになる。なお、このときＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスクの案内溝周期は１.２３μｍであるから、上記集光スポット配置でＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスクを再生する場合は、メイン光スポットがある案内溝の真中にある時、サブ光スポットは隣接案内溝の真上から若干ずれるが、そのずれ量は僅かでありインライン型ＤＰＰ方式によるトラッキングエラー信号検出には特に大きな弊害とはならない。また、当然のことながらメイン光スポット１００とサブ光スポット１０１および１０２のディスク半径方向に関する間隔は、上記の値に限定されるものではなく、例えばＤＶＤ−ＲＡＭ１ディスクの案内溝周期１.４８μｍとＤＶＤ−ＲＡＭ２ディスクの案内溝周期１.２３μｍの中間値である１.３６μｍ程度に設定することも可能である。
【００５８】
次に本発明の別の実施例について図２０を用いて説明する。図２０は本発明を用いた光ピックアップの別の一実施例を示した図で、図中に示された各光学部品については、図１に示した本発明の第１の実施例と同じ光学部品には同じ番号を付している。
【００５９】
図１に示した本発明の第１の実施例では、特殊回折格子３０を半導体レーザ光源１とハーフミラー３の間の光路中に配置していたが、特殊回折格子３０の配置位置はこれに限定されるものではなく、光源から対物レンズの間の光路中であればどこに配置しても構わない。例えば図２０に示した実施例では、特殊回折格子３０を対物レンズ５の直下に配置し、対物レンズ５と同じレンズホルダー１５内に固定することで、２次元アクチュエータ２５によって対物レンズ５と一緒に駆動するようになっている。このような構成にすると、対物レンズ５が変位しても対物レンズ５と特殊回折格子３０との相対位置関係は変化しないので、前述したような対物レンズ変位に伴う視野特性の劣化をさらに改善できる。
【００６０】
なお図２０に示したように、特殊回折格子３０を対物レンズ５の直下に配置すると、この特殊回折格子３０には半導体レーザ光源１を発し光ディスク１０に入射する往路のレーザ光束とともに、光ディスク１０を反射し光検出器２０に達する復路のレーザ光束も通過することになる。このため通常の回折特性を有する回折格子を用いると復路光束も回折して不要な迷光を発生させてしまい、これが光ピックアップの性能を低下させる怖れがある。このような問題を避けるためには、例えば特定の偏光方向の光束は所定の回折効率で回折するが、その偏光方向に直交する偏光方向を持った光束は回折光を発生させずそのまま光束を通過させる特性を持った偏光性回折格子を特殊回折格子３０として用い、かつこの特殊回折格子３０と対物レンズ５との間の光路中に４分の１波長板４０を配置することで、前記往路光束と復路光束の偏光方向を自動的に直交させる手段を用いればよい。
【００６１】
ところで、これまで述べた実施例はいずれも光ピックアップを構成する各光学部品をそれぞれ独立に配置した構成になっているが、当然のことながら本発明はこのような光ピックアップに限定されるものではない。例えば図２１に示した実施例では、半導体レーザ光源１、光検出器２０などを同一の筐体４１内に収納したいわゆる半導体レーザモジュールを用いている。（なお、本図中に示された各光学部品については、図１および図２０に示した本発明の他の実施例と同じ光学部品には同じ番号を付している。）
図２１の実施例では、半導体レーザ光源から発したレーザ光束が筐体４１外に出射する際の窓部にあたるところに所定の厚さを有する透明基板４２を配置し、筐体４１の内部を封止している。そしてこの透明基板４２の上面には半導体レーザ光源を発し光ディスク１０に向かう往路光束の光路と光ディスク１０を反射してきた復路光束の光路を分離し、復路光束を光検出器２０に導く機能を持ったホログラム素子４３が配置されている。また本発明で用いる特殊回折格子３０は透明基板４２の下面に配置されている。
【００６２】
このように半導体レーザ光源や光検出器などを１個の筐体内に収納した半導体レーザモジュールを用いた光ピックアップは、光ピックアップを小型化、薄型化できるという利点を有している。
【００６３】
なお、図２１では光検出器２０の具体的な受光面形状や配置については特に図示していないが、当然のことながら、差動プッシュプル方式でトラッキングエラー信号を検出できるような構成であれば、どのような構成の半導体レーザモジュールでもよい。
【００６４】
また、当然のことながら本発明が適用されるのは、図１、図２０、図２１にそれぞれ示した光ピックアップに限定されるものではなく、差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号検出手段を用いた光ピックアップであればどのような構成の光ピックアップにも適用できる。
【００６５】
最後に、本発明の光ピックアップを搭載した光学的情報再生装置または光学的情報記録再生装置に関する実施例を図２２に示す。
【００６６】
６０は例えば図１または図２０、図２１の実施例に示すような構成を有する光ピックアップである。なおこの光ピックアップ６０には、光ディスク１０の半径方向（内外周方向）にその位置をスライドできる機構が設けられており、アクセス制御回路７２からのアクセス制御信号に応じて位置制御がおこなわれる。
【００６７】
レーザ点灯回路７６からは所定のレーザ駆動電流が光ピックアップ６０内の半導体レーザ光源に供給され、所定の光量でレーザ光が出射する。また光ピックアップ６０内の所定の光検出器から検出された各種サーボ信号および情報信号は、サーボ信号生成回路７４及び情報信号再生回路７５に送られる。サーボ信号生成回路７４では、これら検出信号からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号が生成され、これを基にアクチュエータ駆動回路７３を経て光ピックアップ６０内の２次元アクチュエータを駆動することにより、対物レンズの位置制御がおこなわれる。また情報信号再生回路７５では前記検出信号から光ディスク１０に記録された情報信号が再生される。
【００６８】
なお前記サーボ信号生成回路７４及び情報信号再生回路７５で得られた信号の一部はコントロール回路７０に送られる。このコントロール回路７０には、レーザ点灯回路７６やアクセス制御回路７２、スピンドルモータ駆動回路７１など接続されており、それぞれ光ピックアップ６０内の半導体レーザ発光光量の制御、アクセス方向および位置の制御、光ディスク１０を回転させるスピンドルモータ７７の回転制御等が行われる。また、コントロール回路７０の内部には前記サーボ信号生成回路７４及び情報信号再生回路７５で得られた信号から光ディスクの種類を判別するディスク判別回路(図示せず。）が設けられており、その判別結果から例えばサーボ信号生成回路７４の内部に備えられたＤＰＰ信号生成回路(図示せず。）のサブプッシュプル信号(＝サブ光スポットから得られたプッシュプル信号)の増幅ゲイン(前記Ｋ２に相当)等を自動的にコントロールできるようになっている。
以上のような実施例によれば、トラックピッチが異なる複数種類の光ディスクの記録、再生において、対物レンズの変位に伴うトラッキングエラー信号の振幅劣化や残留するオフトラック量が良好に改善された実用的なトラッキングエラー信号を検出できるので、高汎用性、高信頼性を備えた光ピックアップやそれを用いた光学的情報記録または再生装置を実現することができる。
また、以上のような実施例によれば、前記したようなインラインＤＰＰ方式の利点を保持したままインラインＤＰＰ方式における最大の問題点であるトラッキングエラー信号視野特性劣化の問題を改善し、ディスクのトラックピッチの違いや対物レンズのトラッキング方向変位への依存が少なく、トラックピッチが異なる複数種類の光ディスクに対して常にトラッキングオフセットが良好に除去された実用的なトラッキングエラー信号を検出することができる新しいトラッキングエラー信号検出手段を用いた光ピックアップあるいは光学的情報記録または再生装置を提供することができる。
【0069】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高汎用性、高信頼性を備えた光ピックアップやそれを用いた光学的情報再生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた光ピックアップの一実施例を示した概略構成図である。
【図２】従来型ＤＰＰ方式を用いた光ピックアップの例を示した概略構成図である。
【図３】従来型ＤＰＰ方式で用いる回折格子の一例を示した斜視図である。
【図４】従来型ＤＰＰ方式における光ディスク上集光スポット配置図および検出系の概略結線図である。
【図５】インライン型ＤＰＰ方式で用いる特殊回折格子の一例を示した斜視図である。
【図６】インライン型ＤＰＰ方式における光ディスク上集光スポット配置図および検出系の概略結線図である。
【図７】本発明で用いる特殊回折格子の一例を示した斜視図である。
【図８】本発明おける光ディスク上集光スポット配置図および検出系の概略結線図の一実施例である。
【図９】本発明の特殊回折格子を用いた場合の回折光束および透過光束の波面形状を示した斜視図である。
【図１０】従来型インラインＤＰＰ方式における検出器面上光スポットの波面形状と強度分布の例を示した概略図である。
【図１１】従来型インラインＤＰＰ方式において対物レンズが変位した場合の±１次回折光束の波面断面形状を描いた概略図である。
【図１２】従来型インラインＤＰＰ方式で対物レンズが所定量変位した場合の検出器面上光スポットの波面形状と強度分布の例を示した概略図である。
【図１３】本発明において対物レンズが変位した場合の±１次回折光束の波面断面形状を描いた概略図である。
【図１４】本発明において対物レンズが所定量変位した場合の検出器面上光スポットの波面形状と強度分布の例を示した概略図である。
【図１５】本発明または従来型インラインＤＰＰ方式を用いてＤＶＤ-ＲＡＭ１ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とＤＰＰ信号振幅相対値との関係を示した線図である。
【図１６】本発明または従来型インラインＤＰＰ方式を用いてＤＶＤ-ＲＡＭ２ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とＤＰＰ信号振幅相対値との関係を示した線図である。
【図１７】本発明を用いてＤＶＤ-ＲＡＭ１ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とサーボ引き込み後の残留オフトラック量との関係を示した線図である。
【図１８】本発明を用いてＤＶＤ-ＲＡＭ２ディスクを再生した場合の対物レンズ変位量とサーボ引き込み後の残留オフトラック量との関係を示した線図である。
【図１９】本発明における光ディスク上集光スポット配置に関する別の一実施例を示した光スポット概略配置図である。
【図２０】本発明を用いた光ピックアップの別の一実施例を示した概略構成図である。
【図２１】本発明を用いた光ピックアップの別の一実施例を示した概略構成図である。
【図２２】本発明の光ピックアップを搭載した光学的情報再生または記録再生装置の一実施例を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ光源、５ 対物レンズ、１０ 光ディスク、１１ 案内溝、２０ 光検出器、２６ ２分割特殊回折格子、３０ ３分割特殊回折格子、１００光ディスク面上メイン光スポット、１０１・１０２ 光ディスク面上サブ光スポット、２００・２０１・２０２ 検出面上光スポット
Claims (19)
- レーザ光源と該レーザ光源を発したレーザ光束を少なくとも３本の光束に分岐する光分岐手段と前記３本の光束を集光して光学的情報記録媒体の記録面上に各々独立した３個の集光スポットを照射する集光光学系と前記３個の集光スポットの前記光学的情報記録媒体からの反射光を各々２分割以上に分割された受光面で受光するように配置された光検出器とを具備した光ピックアップにおいて、
前記光分岐手段は第１及び第２及び第３の少なくとも３つの領域に分割され各領域内で所定の周期構造を備えた回折格子であって、
前記第１の領域は前記第２の領域と第３の領域の間に配置され、かつ前記第２の領域内では前記第１の領域内に備えられた周期構造の位相に対して略９０度異なる位相を有する周期構造を備えるとともに前記第３の領域内では前記第２の領域内に備えられた周期構造の位相に対して略１８０度異なる位相を有する周期構造を備えたことを特徴とする光ピックアップ。 - 前記光学的情報記録媒体の記録面上に周期的に配置された案内溝に対して略直交する方向に関して前記３個の集光スポットを略ゼロもしくは前記案内溝周期の略整数倍の間隔で配置したことを特徴する請求項１記載の光ピックアップ。
- 請求項１又は請求項２記載の光ピックアップを備え、かつ該光ピックアップ内に具備された前記光検出器の各受光面からの出力された信号に所定の演算処理を施すことにより、差動プッシュプル方式によるトラッキングエラー信号を検出する機能を備えたトラッキングエラー信号検出装置を少なくとも具備したことを特徴とする光学的情報再生装置。
- レーザ光源と該レーザ光源を発したレーザ光束を主光束と少なくとも２本以上の副光束に分岐する光分岐手段と前記主光束および副光束を集光して所定の間隔で周期的に案内溝を配置した光学的情報記録媒体の記録面上に各々独立した３個の集光スポットを照射する集光光学系と前記３個の集光スポットの前記光学的情報記録媒体からの反射光を各々２分割以上に分割された受光面で受光するように配置された光検出器とを具備した光ピックアップと、
該光ピックアップ内にある前記各受光面から出力された光電変換信号に所定の演算処理を施すことにより前記主光束および前記副光束各々に関するプッシュプル信号を生成するプッシュプル信号生成回路と、
前記複数本ある副光束の各々に関する前記プッシュプル信号のうち一部もしくは全部加算したのち所定の増幅率Ｋで増幅し、前記主光束に関するプッシュプル信号から減算することによって差動プッシュプル信号を生成する差動プッシュプル信号生成回路とを少なくとも備え、
かつ前記光学的情報記録媒体内に設けられた前記案内溝の配置間隔の違いに応じて前記増幅率Ｋを可変できるようにしたことを特徴とする光学的情報再生装置。 - レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも３本の光束に分岐する回折格子と、
前記回折格子で分岐された３本の光束を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、を備える光ピックアップにおいて、
前記回折格子は、所定の周期構造を備える第１の領域、第２の領域、第３の領域に分割され、
前記第１の領域は、前記第２の領域と前記第３の領域の間に配置されており、
前記第２の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ＋９０度異なる位相の周期構造を備え、
前記第３の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ−９０度異なる位相の周期構造を備えていることを特徴とする光ピックアップ。 - レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも３本の光束に分岐する回折格子と、
前記回折格子で分岐された３本の光束を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、を備える光ピックアップにおいて、
前記回折格子は、所定の周期構造を備える第１の領域、第２の領域、第３の領域に分割され、
前記第１の領域は、前記第２の領域と前記第３の領域の間に配置されており、
前記第２の領域及び前記第３の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ９０度異なる位相の周期構造を備え、
前記第２の領域及び前記第３の領域は、ほぼ１８０度異なる位相の周期構造を備えていることを特徴とする光ピックアップ。 - レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも３本の光束に分岐する回折格子と、
前記回折格子で分岐された３本の光束を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、を備える光ピックアップにおいて、
前記回折格子は、格子溝が刻まれた方向に対して直交する２本の分割線により第１の領域、第２の領域、第３の領域に分割されており、
前記２本の分割線に挟まれた領域を第１の領域とした場合に、前記第２の領域の格子溝の位相は、前記第１の領域の格子溝の位相に対してほぼ＋９０度異なる位相であり、前記第３の領域の格子溝の位相は、前記第１の領域の格子溝の位相に対してほぼ−９０度異なる位相であることを特徴とする光ピックアップ。 - レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも３本の光束に分岐する回折格子と、
前記回折格子で分岐された３本の光束を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、を備える光ピックアップにおいて、
前記回折格子は、格子溝が刻まれた方向に対して直交する２本の分割線により第１の領域、第２の領域、第３の領域に分割されており、
前記２本の分割線に挟まれた領域を第１の領域とした場合に、前記第２の領域と前記第３の領域の格子溝の位相は、前記第１の領域の格子溝の位相に対してほぼ９０度異なる位相であり、かつ、前記第２の領域及び前記第３の領域の格子溝の位相は、ほぼ１８０度異なる位相であることを特徴とする光ピックアップ。 - レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも０次光、＋１次光、−１次光の３本の光束に分岐する回折格子と、
前記回折格子で分岐された３本の光束を光ディスクに集光する対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、を備える光ピックアップにおいて、
前記回折格子は、格子溝が刻まれた方向に対して直交する２本の分割線により第１の領域、第２の領域、第３の領域に分割されており、
前記回折格子により分岐された＋１次光又は−１次光の波面は、通過した前記第１の領域、第２の領域、第３の領域に合わせて３段階にシフトした波面形状となることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項５から９のいずれか記載の光ピックアップにおいて、
前記回折格子で分岐された３本の光束は、前記光学的情報記録媒体の記録面に３個の光スポットとして照射され、
それぞれの光スポットの間隔は、前記記録面に形成された案内溝に直交する方向において、ほぼゼロ又は案内溝の幅のほぼ整数倍の間隔となることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項５から９のいずれか記載の光ピックアップにおいて、
前記回折格子の第１の領域の幅は、前記対物レンズの開口直径の１０％から４０％であることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項９記載の光ピックアップにおいて、
前記３段階のシフト量は、それぞれほぼ９０度であることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項５から１２のいずれか記載の光ピックアップと、
前記光ピックアップから出力された信号からトラッキングエラー信号を生成するトラッキングエラー信号生成部と、
を備えたことを特徴とする光学的情報再生装置。 - 請求項５から１２のいずれか記載の光ピックアップと、
前記光ピックアップから出力された信号から主光束及び副光束のそれぞれに関するプッシュプル信号を生成するプッシュプル信号生成部と、
前記副光束のそれぞれに関するプッシュプル信号を所定の増幅率で増幅し、前記主光束に関するプッシュプル信号から前記増幅した信号を減算することにより差動プッシュプル信号を生成する差動プッシュプル信号生成部と、を備えたことを特徴とする光学的情報再生装置。 - 請求項１４記載の光学的情報再生装置において、
前記増幅率は、前記光学的情報記録媒体の記録面の案内溝の間隔に応じて可変することを特徴とする光学的情報再生装置。 - 請求項１４記載の光学的情報再生装置において、
前記増幅率は、前記光学的情報記録媒体の種類に応じて可変することを特徴とする光学的情報再生装置。 - 光学的情報記録媒体にレーザ光を照射し、前記光学的情報記録媒体からの反射光を受光し、トラッキングエラー信号を生成するための信号を出力する光ピックアップに搭載される回折格子であって、
所定の周期構造を備える第１の領域、第２の領域、第３の領域を備え、
前記第１の領域は、前記第２の領域と前記第３の領域の間に配置されており、
前記第２の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ＋９０度異なる位相の周期構造を備え、
前記第３の領域は、前記第１の領域の周期構造の位相に対してほぼ−９０度異なる位相の周期構造を備えていることを特徴とする回折格子。 - 光学的情報記録媒体にレーザ光を照射し、前記光学的情報記録媒体からの反射光を受光し、トラッキングエラー信号を生成するための信号を出力する光ピックアップに搭載される回折格子であって、
格子溝が刻まれた方向に対して直交する２本の分割線により第１の領域、第２の領域、第３の領域に分割されており、
前記２本の分割線に挟まれた領域を第１の領域とした場合に、前記第２の領域の格子溝の位相は、前記第１の領域の格子溝の位相に対してほぼ＋９０度異なる位相であり、前記第３の領域の格子溝の位相は、前記第１の領域の格子溝の位相に対してほぼ−９０度異なる位相であることを特徴とする回折格子。 - 光学的情報記録媒体にレーザ光を照射し、前記光学的情報記録媒体からの反射光を受光し、トラッキングエラー信号を生成するための信号を出力する光ピックアップに搭載される回折格子であって、
格子溝が刻まれた方向に対して直交する２本の分割線により第１の領域、第２の領域、第３の領域に分割されており、
前記回折格子により分岐された光束の波面は、前記レーザ光が通過した前記第１の領域、第２の領域、第３の領域に合わせて３段階にシフトした波面形状となることを特徴とする回折格子。
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