JP3897632B2 - 光ピックアップ装置及び光スポットの最適集束方法 - Google Patents

光ピックアップ装置及び光スポットの最適集束方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は対物レンズの揺れによるオフセット発生が鈍感なトラッキングエラー信号、光検出器の偏差及び温度変化（光波長変化を含む）によるオフセット発生が低減されたフォーカスエラー信号（Ｆｏｃｕｓ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ：ＦＥＳ）を検出できるようになった光ピックアップ装置及び光スポットの最適集束方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高容量光ディスクの記録及び／または再生においてフォーカス及び／またはトラッキングエラー信号の厳密な検出は安定したサーボ機能を行うのに必須である。一般に、光ピックアップ装置は光源と前記光源からのビームを光ディスクの記録面に集束させる対物レンズと、前記光ディスクで反射され、対物レンズを経由した光から情報信号及びエラー信号を検出する受光光学系を含んで構成される。
【０００３】
非点収差法によりＦＥＳを検出するようになっている光ピックアップ装置の場合、受光光学系は図１に示されたように構成される。図を参照するに、光ディスク（図示せず）で反射されたビームは対物レンズ（図示せず）を経由して検出レンズ２により集束され、前記反射されたビームの非点収差を調整する調整レンズ４を経由して光検出器６に受光される。この時、光検出器６は２×２行列配置を有する４つの受光領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄよりなっている。
【０００４】
受光領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとその受光領域での検出信号を同一記号で表示すれば、情報信号（ＲＦＳ）は式（１）に示したように、前記受光領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの検出信号を合算して検出される。
【０００５】
ＲＦＳ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ） （１）
非点収差法によるＦＥＳは式（２）に示したように、対角線方向の受光領域の検出信号を各々合算した後、これを差動して検出される。
【０００６】
ＦＥＳ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ） （２）
プッシュプル法によるトラッキングエラー信号（Ｔｒａｃｋ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ：ＴＥＳＰＰ）は、式（３）に示したようにトラック方向と並列した受光領域の検出信号を各々合算した後、これを差動して検出される。また、位相差法によるトラッキングエラー信号（ＴＥＳＤＰＤ）は式（３）に示したように、対角線方向に位置した受光領域の検出信号の和信号の位相を各々求めた後、その位相を差動して検出される。
【０００７】
Figure 0003897632
ここで、プッシュプル法は例えば、ＤＶＤ−ＲＡＭ光ディスクの記録／再生時、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ光ディスクの記録時に使用する。位相差法は例えば、ＤＶＤ−ＲＯＭ光ディスク、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ光ディスクの再生時に使用する。
【０００８】
前記のような従来の受光光学系を具備した光ピックアップ装置は次のような問題点がある。
【０００９】
第一に、光検出器６に結ばれる光スポットが小さいためにＦＥＳ及びトラッキングエラー信号は光検出器６の偏差に敏感に変わり、これによりオンフォーカス及びオントラック位置でフォーカス及びトラッキングエラー信号が０以外の値になるオフセットが発生する。
【００１０】
第二に、対物レンズがシークまたは光ディスク偏心により本来の位置で揺れる場合、光検出器６上でもビームがシフトしてプッシュプル信号にオフセットが発生する。
【００１１】
第三に、非点収差法を使用してランド／グルーブタイプの光ディスク、例えば、ＤＶＤ−ＲＡＭ光ディスクに対するＦＥＳを検出する時、オンフォーカス状態でもグルーブの影響によりＦＥＳにクロストークが大きく発生し、これによってランド／グルーブの最適フォーカス位置が異なる。
【００１２】
第四に、温度変化時に光源から出射される光波長が変わり、これにより光学系屈折能が変わって（大部分の光学素子は波長が長くなれば屈折率が小さくなる）、ＦＥＳにオフセットが発生する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を改善するために案出されたものであって、対物レンズの揺れによるオフセット発生が鈍感なトラッキングエラー信号、光検出器の偏差及び温度変化（光波長変化を含む）時のオフセット発生が低減されたＦＥＳを検出でき、ランド／グルーブタイプ光ディスクに対してグルーブ影響が減少されたＦＥＳを検出できる光ピックアップ装置及びこれを利用して光スポットの最適フォーカス点を追従できるように光スポットの最適集束方法を提供することにその目的がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明による光ピックアップ装置は、所定波長の第１光を出射する第１光源と、入射される第１光の進行経路を変換する第１光路変換器と、前記第１光を集束させて記録媒体上に光スポットを形成する対物レンズと、前記記録媒体のタンゼンシャル方向に対応する方向に広い幅を有する第１回折領域と、前記記録媒体のラジアル方向に対応する方向に前記第１回折領域外側の周りに順に位置した第２ないし第５回折領域とを具備して、前記記録媒体で反射されて入射される第１光を５つの光領域に分割して回折させる回折部材と、前記記録媒体で反射されて前記回折部材の第１ないし第５回折領域で回折された第１光を受光して光電変換する第１ないし第５受光部を具備する第１光検出器とを含み、前記第１ないし第５回折領域には記録媒体で反射されて入射された第１光を回折させて０次及び±１次ビームに分岐させ、＋１次ビーム及び／または−１次ビームが各々前記第１光検出器に互いに離隔されたまま受光されるようにするパターンが形成され、前記第２ないし第５回折領域には各々、±１次ビームのうち一回折次数のビームは０次ビームに比べて発散させ、他の回折次数のビームは０次ビームに比べて集束させるようにパターンが形成されたことを特徴とする。
【００１６】
前記第１回折領域にはラジアル方向に対応する方向に±１次ビームを拡大するように非点収差発生パターンが形成されたことが望ましい。
【００１７】
前記第１光源と異なる波長の第２光を出射する第２光源と、前記第２光源から出射された第２光の進行経路を変換する第２光路変換器とをさらに含んで、相異なるフォーマットの記録媒体を互換採用できるように構成される。
【００１８】
この時、前記第２光源から出射されて前記記録媒体で反射された第２光を受光する第２光検出器と、前記第２光源と第２光路変換器との間に入射光を選択的に回折させるホログラム部材とをさらに具備し、前記第２光源、第２光検出器及びホログラム部材は単一体に光モジュール化されたことが望ましい。
【００１９】
前記第１及び第２光源のうち一光源はＣＤ系列の記録媒体を記録／再生するのに適した波長の光を出射し、他の光源はＤＶＤ系列の記録媒体を記録／再生するのに適した波長の光を出射することが望ましい。
【００２０】
前記第２光路変換器と対物レンズ間の光路上に、所定直径の開口を有し、その開口の周りに前記第１及び第２光源のうち一光源から出射された光は回折させ、他の光源から出射された光はそのまま透過させるパターンが形成された開口フィルターをさらに具備することが望ましい。また、前記第２光路変換器と対物レンズ間の光路上に、前記対物レンズの設計条件を外れた厚さを有する記録媒体の記録／再生時、その厚さ差による球面収差を補正する位相補正器をさらに具備することが望ましい。
【００２１】
前記回折部材は、前記第１光路変換器と対物レンズ間に配置され、前記第１光源から記録媒体に向かう第１光は直進透過させて前記記録媒体で反射された第１光は回折させる偏光ホログラム層と、前記偏光ホログラム層の記録媒体に向かう側に形成されて入射光の偏光を変換させる偏光変換層とを具備することが望ましい。
【００２２】
前記回折部材は前記第２光路変換器と対物レンズ間に配置され、前記回折部材の偏光ホログラム層は、前記第１光は偏光によって選択的に回折させ、第２光は偏光に関係なくそのまま透過させるように形成され、前記開口フィルターと位相補正器とがこの回折部材に一体化されたことが望ましい。
【００２３】
前記第１光検出器は前記第１ないし第５回折領域で回折されていない０次ビームを受光して検出するメイン受光部をさらに具備することが望ましい。
【００２４】
前記第１受光部は前記記録媒体のラジアル方向及びタンゼンシャル方向に対応する方向に分割されて、前記第１回折領域で回折された＋１次または−１次ビームを受光する４分割受光領域を具備し、前記第２ないし第５受光部は各々前記第２ないし第５回折領域で回折された＋１次または−１次ビームを受光する受光領域を具備することが望ましい。
【００２５】
本発明の一特徴によれば、前記第２ないし第５受光部の受光領域の検出信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、前記第１受光部の４分割受光領域の検出信号をＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとし、前記記録媒体で反射されて回折部材に入射される第１光を記録媒体のラジアル方向及びタンゼンシャル方向に対応する方向に並列した軸により４つの光領域に区分する時、一対角線方向に位置した光領域に対する検出信号Ｅ、Ｇの和信号と他の対角線方向に位置した光領域に対する検出信号Ｆ、Ｈの和信号との位相差でトラッキングエラー信号を検出する信号処理部をさらに具備する。
【００２６】
本発明の他の特徴によれば、前記第１受光部の４分割受光領域の検出信号をＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとする時、前記記録媒体のラジアル方向に対応する方向に並列して配置された一対の受光領域の検出信号Ｅ、Ｈの和信号と残りの受光領域の検出信号Ｆ、Ｇの和信号との位相差でＳｔｉｌｔを検出する信号処理部をさらに具備する。
【００２７】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第２ないし第５受光部の受光領域の検出信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、前記第１受光部の４分割受光領域の検出信号をＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとする時、第１対角線方向に位置した第２及び第４受光部の受光領域の検出信号と第２対角線方向に位置した第１受光部の受光領域の検出信号Ｆ、Ｈとの和信号と、第２対角線方向に位置した第３及び第５受光部の受光領域の検出信号と第１対角線方向に位置した第１受光部の受光領域の検出信号Ｅ、Ｇとの和信号の位相差でＳｔｉｌｔを検出する信号処理部をさらに具備する。
【００２８】
一方、前記第２ないし第５受光部は各々前記記録媒体のタンゼンシャル方向に対応する方向に分割されて、残りの次数の回折ビームを受光する２分割受光領域をさらに具備し、前記第２ないし第５受光部の各２分割受光領域は、前記記録媒体のタンゼンシャル方向に対応する方向に沿う前記第１光の中心部分を受光する内側受光領域と、前記第１光の外側部分を受光する外側受光領域とよりなることが望ましい。
【００２９】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第２受光部の内、外側受光領域の検出信号をＡ１、Ａ２、前記第３受光部の内、外側受光領域の検出信号をＢ１、Ｂ２、前記第４受光部の内、外側受光領域の検出信号をＣ１、Ｃ２、前記第５受光部の内、外側受光領域の検出信号をＤ１、Ｄ２とする時、ＦＥＳ＝（Ａ２＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ１）−（Ａ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ２）のように検出する信号処理部をさらに具備する。
【００３０】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第２受光部の内、外側受光領域の検出信号をＡ１、Ａ２、前記第３受光部の内、外側受光領域の検出信号をＢ１、Ｂ２、前記第４受光部の内、外側受光領域の検出信号をＣ１、Ｃ２、前記第５受光部の内、外側受光領域の検出信号をＤ１、Ｄ２とする時、Ｓｔｉｌｔ＝（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ２）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ１）のように検出する信号処理部をさらに具備する。
【００３１】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第２ないし第５受光部の受光領域の検出信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、前記第１受光部の４分割受光領域の検出信号をＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとする時、前記検出信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対する第１プッシュプル信号と、前記検出信号Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに対する第２プッシュプル信号との差信号または和信号でトラッキングエラー信号を検出する信号処理部をさらに具備する。
【００３２】
本発明のさらに他の特徴によれば、前記第２ないし第５受光部の受光領域の検出信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、前記第１受光部の４分割受光領域の検出信号をＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとする時、前記検出信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの和信号と前記検出信号Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの和信号との差動信号を利用して、光スポットの最適フォーカス位置を調整する信号処理部をさらに具備する。
【００３３】
前記目的を達成するための本発明による光スポットの最適集束方法は、光源から記録媒体に照射され、その記録媒体で反射された光を記録媒体のタンゼンシャル及びラジアル方向に対応する方向に第１ないし第４光領域に区分し、前記第１ないし第４光領域を前記ラジアル方向に対応する方向に内側光領域と外側光領域とに区分して検出する段階と、前記外側光領域の検出信号の和信号と前記内側光領域の検出信号の和信号との差動信号を求める段階と、前記差動信号の大きさが最小化される位置に光スポットを集束させる段階とを含んで、光スポットの最適フォーカス点を追従可能にすることを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、実施例では、本発明による光ピックアップ装置がＣＤ系列の光ディスク及びＤＶＤ系列の光ディスクを互換採用できるように構成された場合を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の技術はＤＶＤ系列の光ディスク及び次世代ＤＶＤ系列の光ディスクを互換採用する光ピックアップ装置に適用される。また、本発明の技術は単一系列光ディスク用光ピックアップ装置に適用されることもある。
【００３５】
図３を参照するに、本発明の望ましい一実施例による光ピックアップ装置は、所定フォーマットの第１光ディスク１０ａを記録／再生するための第１光１１ａを出射する第１光源１１と、入射光を集束させて光ディスク１０上に光スポットを形成する対物レンズ４０と、入射される第１光１１ａを５つの光領域に分割して回折させる回折部材３０と、第１光１１ａの進行経路を変換する第１光路変換器１３と、光ディスク１０で反射されて回折部材３０で回折された第１光１１ａを受光して光電変換する光検出器５０とを含む。また、本発明の光ピックアップ装置は、相異なるフォーマットの光ディスクを互換採用できるように、第１光ディスク１０ａと異なるフォーマットの第２光ディスク１０ｂを記録／再生するための第２光２１ａを出射する第２光源２１と、第１及び第２光１１ａ、２１ａの進行経路を案内する第２光路変換器１７とを具備する。
【００３６】
第１及び第２光源１１、２１から出射される第１及び第２光１１ａ、２１ａは相異なる波長である。例えば、第１及び第２光ディスク１０ａ、１０ｂが各々ＤＶＤ系列の光ディスク、ＣＤ系列の光ディスクである場合、第１光１１ａは例えば、６５０ｎｍ波長であり、第２光２１ａは７８０ｎｍ波長である。
【００３７】
対物レンズ４０は第１光１１ａの波長及び第１光ディスク１０ａの厚さに対して最適に設計されたものが望ましい。
【００３８】
図４を参照するに、回折部材３０は光ディスク１０で反射された第１光１１ａを５つの光領域に分割すると同時に回折させるように、光ディスク１０のタンゼンシャル方向に対応する方向（以下、Ｔ方向）に広い幅を有する第１回折領域Ｅ’と、光ディスク１０のラジアル方向に対応する方向（以下、Ｒ方向）に前記第１回折領域Ｅ’の外側の周りに順に位置した第２ないし第５回折領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’とを具備し、図５に示されたような層構造よりなっている。前記第２ないし第５回折領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’は２×２行列配置をなす。
【００３９】
前記第１ないし第５回折領域Ｅ’、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’は光ディスク１０で反射されて入射される第１光１１ａを０次及び±１次に回折させる。前記第１回折領域Ｅ’にはＲ方向に±１次ビームを拡大するように非点収差発生ホログラムパターンが形成されたことが望ましい。このように第１回折領域Ｅ’により±１次ビームをＲ方向に拡大すれば、プッシュプル信号検出時に対物レンズ４０のシフトによる光量差を減らすことができて、対物レンズ４０のシフト時にもオフセットが低減されたトラッキングエラー信号検出が可能である。
【００４０】
前記第２ないし第５回折領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’には各々±１次ビームのうち一回折次数のビームは０次ビームに比べて発散させ、他の回折次数のビームは０次ビームに比べて集束させるようにホログラムパターンが形成されたことが望ましい。例えば、前記第２及び第４回折領域Ａ’、Ｃ’は０次ビームに比べて＋１次ビームは集束させ、−１次ビームは発散させるように形成され、第３及び第５回折領域Ｂ’、Ｄ’は０次ビームに比べて＋１次ビームは発散させ、−１次ビームは集束させるように形成されうる。この場合、図６に示されたように、前記第２及び第４回折領域Ａ’、Ｃ’で回折された−１次ビームと前記第３及び第５回折領域Ｂ’、Ｄ’で回折された＋１ビームとは第１焦点ｆ１に集束され、第２及び第４回折領域Ａ’、Ｃ’で回折された＋１次ビームと前記第３及び第５回折領域Ｂ’、Ｄ’で回折された−１次ビームとは第２焦点ｆ２に集束される。光検出器５０はオンフォーカス状態である時、前記第１及び第２焦点ｆ１、ｆ２間、より望ましくは、０次ビームの焦点ｆに位置することが望ましい。
【００４１】
一方、前記第１ないし第５回折領域Ｅ’、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’のパターンは光ディスク１０で反射されて入射される第１光１１ａを回折させて０次及び±１次ビームに分岐させ、後述する図７に示されるように＋１次ビーム及び／または−１次ビームを各々光検出器５０に互いに離隔されたままで受光させるように形成されたことが望ましい。
【００４２】
回折部材３０は第１光路変換器１３と対物レンズ４０との間の光路上に配置されうる。この場合、回折部材３０は光効率を高めるために偏光ホログラム部材であることが望ましい。すなわち、回折部材３０は図５に示されたように、入射光を偏光及び波長によって選択的に回折させる偏光ホログラム層３１と、偏光ホログラム層３１の光ディスク１０に向かう側に形成されて入射光の偏光を変換させる偏光変換層３３とを含んで構成される。偏光ホログラム層３１は前記第１ないし第５回折領域Ｅ’、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’に区分されるようにパターン化されており、第１光源１１から光ディスク１０に向かう所定の線偏光、例えば、Ｐ偏光の第１光１１ａは直進透過させ、光ディスク１０で反射されて偏光変換層３３で偏光変換された直交する他の線偏光、例えば、Ｓ偏光の第１光１１ａは回折させるように形成される。
【００４３】
より具体的に、偏光ホログラム層３１は第１屈折率物質領域３１ａと第２屈折率物質領域３１ｂとが交代で位置するように形成されている。図５では第２屈折率物質領域３１ｂ内に厚さｄの第１屈折率物質領域３１ａが周期的に形成された例を示す。第１及び第２屈折率物質領域３１ａ、３１ｂの屈折率を各々ｎ１、ｎ２とする時、偏光ホログラム層３１は第１光１１ａの波長、例えば、６５０ｎｍ波長に対して第１及び第２屈折率物質領域３１ａ、３１ｂが交代で位置した部分で第１及び第２屈折率物質領域３１ａ、３１ｂを通過した光の光経路差が第１光１１ａの波長の整数倍にならないように形成されている。また、第１及び第２屈折率物質領域３１ａ、３１ｂは第１光源１１側から入射される第１光１１ａの所定線偏光に対しては同じ常屈折率を有し、光ディスク１０で反射されて入射される第１光１１ａの直交する他の線偏光に対しては相異なる異常屈折率を有するように形成されている。
【００４４】
一方、図３に示されたように、回折部材３０が第２光路変換器１７と対物レンズ４０との間の光路上に配置される場合、偏光ホログラム層３１は、第１光１１ａは偏光によって選択的に回折させると同時に第１光１１ａと異なる波長である第２光２１ａに対してはＰ偏光及びＳ偏光どちらにも対して回折されないように形成されることが望ましい。
【００４５】
すなわち、偏光ホログラム層３１は第２光２１ａの波長、例えば、７８０ｎｍに対して第１及び第２屈折率物質領域３１ａ、３１ｂが交代で位置した部分での第１及び第２屈折率物質領域３１ａ、３１ｂでの光経路差が第２光２１ａの波長の整数倍になるように形成されたことが望ましい。この場合、第１光１１ａは偏光ホログラム層３１で偏光によって選択的に回折され、第２光２１ａは偏光ホログラム層３１を通過する時に偏光に関係なく回折されない。
【００４６】
偏光変換層３３は第１光１１ａの波長に対して１／４波長板であることが望ましい。
【００４７】
回折部材３０として前記のような偏光ホログラム部材を具備する場合、第１光路変換器１３としては光効率をさらに高められるように偏光ビームスプリッタを具備することが望ましい。
【００４８】
一方、図５を参照するに、本発明による光ピックアップ装置は第１または第２光１１ａ、２１ａの開口を調整するための開口フィルター３７及び／または対物レンズ４０の設計条件を外れた厚さを有する光ディスクの記録／再生時、その厚さ差による球面収差を補正する位相補正器３５をさらに具備することが望ましい。
【００４９】
本発明による回折部材３０が図３に示されたように、第２光路変換器１７と対物レンズ４０との間に配置される場合、開口フィルター３７及び位相補正器３５は図５に示されたように回折部材３０に透明ベース３９を介して一体に形成される。もちろん、開口フィルター３７及び位相補正器３５は回折部材３０と別途の光学素子にもなりうる。
【００５０】
対物レンズ４０が第１光源１１から出射される第１光１１ａを使用する第１光ディスク１０ａに対して最適化されているために、開口フィルター３７は第２光２１ａに対する開口３７ａを制限するように形成されたことが望ましい。すなわち、開口フィルター３７は所定直径の開口３７ａを有し、その開口３７ａを限定するように開口の周り領域に高さｄ’が第１光１１ａの波長の整数倍であるパターン領域３７ｂが形成されたことが望ましい。このような開口フィルター３７のパターン領域３７ｂは第１光源１１から出射された第１光１１ａはそのまま透過させつつ第２光源２１から出射された第２光２１ａは全部回折させて対物レンズ４０に入射されないようにする。ここで、開口フィルター３７の開口３７ａは例えば、ＣＤ−ＲＷのような記録用光ディスクに情報を記録できるように０.５の開口数を達成できるように形成されたことが望ましい。
【００５１】
位相補正器３５は回折部材３０に一体化される場合、回折部材３０の厚さを最小化するために、図５に示されたように、開口フィルター３７の開口３７ａ領域に形成されたことが望ましい。位相補正器３５は例えば、第２光源２１から出射された第２光２１ａに逆球面収差を発生させて、対物レンズ４０の設計条件を外れた厚さを有する第２光ディスク１０ｂの記録／再生時、その厚さ差による球面収差を補正する。
【００５２】
光検出器５０は図７に示されたように回折部材３０の第１ないし第５回折領域Ｅ’、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’で回折された第１光１１ａを受光して光電変換する第１ないし第５受光部５３、５５、５６、５７、５８を具備する。
【００５３】
第１受光部５３は光ディスク１０のＲ方向及びＴ方向に分割されて、前記第１回折領域Ｅ’で回折された＋１次ビームを受光する４分割受光領域Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを具備する。代案として、第１受光部５３は前記第１回折領域Ｅ’で回折された−１次ビームを受光することもある。第２ないし第５受光部５５、５６、５７、５８は各々前記第２ないし第５回折領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’で回折された−１次ビームを受光する単一受光領域５５ａ、５６ａ、５７ａ、５８ａを具備する。第２ないし第５受光部５５、５６、５７、５８は各々前記第２ないし第５回折領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’で回折された＋１次ビームを受光する２分割受光領域５５ｂ、５６ｂ、５７ｂ、５８ｂをさらに具備することが望ましい。ここで、２分割受光領域５５ｂ、５６ｂ、５７ｂ、５８ｂが−１次ビームを受光し、単一受光領域５５ａ、５６ａ、５７ａ、５８ａが＋１次ビームを受光するように配置されることもある。
【００５４】
２分割受光領域５５ｂ、５６ｂ、５７ｂ、５８ｂの各々はＴ方向に沿う第１光１１ａの中心部分を受光する内側受光領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１と、第１光１１ａの外側部分を受光する外側受光領域Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２とよりなる。
【００５５】
図７で、第１受光部５３の４分割受光領域Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、第２ないし第５受光部５５、５６、５７、５８の単一受光領域５５ａ、５６ａ、５７ａ、５８ａ及び２分割受光領域５５ｂ、５６ｂ、５７ｂ、５８ｂに表示された記号はその検出信号を示すものと見なす。また、便宜上、内側受光領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、外側受光領域Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２とその検出信号は同一記号で表記する。
【００５６】
前記第１ないし第５回折領域Ｅ’、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’で回折されて光検出器５０に入射される＋１次ビームと−１次ビームとが互いに対称になるようにし、Ｒ方向及びＴ方向に並列した座標軸に対して、少なくとも一つの受光部、例えば、第３受光部５６の単一受光領域５６ａ及び２分割受光領域５６ｂが第２、第４及び第５受光部５５、５７、５８の単一受光領域５５ａ、５７ａ、５８ａ及び２分割受光領域５５ｂ、５７ｂ、５８ｂに比べてＴ方向に同一高さではなく少しシフトされて位置するように配置されている。
【００５７】
記録モード時に第１光源１１から出射される第１光１１ａ波長の増加及び温度変化による第１光１１ａ波長の増加が発生する場合、＋１次ビームと−１次ビームの位置は図７の座標軸の原点を中心に互いに遠ざかる。これは２分割受光領域５５ｂ、５６ｂ、５７ｂ、５８ｂで内側受光領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１と外側受光領域Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２とに受光される＋１次ビームの分割率が変わることを意味する。しかし、前記のように、第３受光部５６が他の受光部とＴ方向に交差して配置されて、波長増加により＋１次ビームがシフトされる量が相異なるため、分割率が変わることにより発生するオフセットは互いに相殺される。したがって、第１光１１ａの波長変化時にもオフセットが大きく低減されたＦＥＳを検出できる。また、前記のような第２ないし第５受光部５５、５６、５７、５８の配置により、光検出器５０の偏差がある場合にもＦＥＳに発生するオフセットは互いに相殺される。また、光検出器５０には回折部材３０であらかじめ分割された光が受光されるので、トラッキングエラー信号は光検出器５０の偏差と関係ない。
【００５８】
一方、光検出器５０は前記第１ないし第５回折領域Ｅ’、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’で回折されていない０次ビームを受光して再生信号を検出するためのメイン受光部５１をさらに具備することが望ましい。
【００５９】
一方、本発明の望ましい一実施例による光ピックアップ装置は第１光ディスク１０ａで反射された第１光１１ａと第２光ディスク１０ｂで反射された第２光２１ａとの検出を互いに独立的に行えるように、第２光源２１から出射されて光ディスク１０で反射された第２光２１ａを受光する光検出器２３と、第２光源２１と第２光路変換器１７との間に入射光を選択的に回折させるホログラム部材２５とをさらに具備することが望ましい。第２光源２１、光検出器２３及びホログラム部材２５は図３に示されたように、単一体に光モジュール化されたことが望ましい。
【００６０】
光検出器２３の具体的な構造及びそれより出力された信号を利用して再生信号及び／またはトラッキング及びフォーカスサーボ具現のためのエラー信号を検出する原理は、本技術分野で公知の、例えば、ＣＤ−ＲＷ用光ピックアップ装置と実質的に同一であるのでそれに関する詳細な説明は省略する。
【００６１】
本発明の望ましい一実施例による光ピックアップ装置は、第１及び／または第２光源１１、２１の光出力をモニタリングする外装型フロント光検出器１８をさらに具備することが望ましい。このフロント光検出器１８は図３に示されたように、第２光路変換器１７の一側に設置されて、第１及び第２光源１１、２１の光出力モニタリングに共用で使用できることが望ましい。このようにフロント光検出器１８を共用で使用すれば、回路と連結される信号線の数を減らすことができて本発明による光ピックアップ装置の大きさを縮められる利点がある。
【００６２】
第２光路変換器１７としては、例えば、第１光１１ａは大部分反射させ、第２光２１ａは大部分透過させるように形成されたビームスプリッタを具備することが望ましい。
【００６３】
図３で、参照番号１５は第１光源１１から出射された第１光１１ａをコリメーティングするコリメーティングレンズ、参照番号２７は第２光源２１から出射された第２光２１ａをコリメーティングするコリメーティングレンズ、参照番号１２は第１光路変換器１３と光検出器５０との間に配置された調整レンズである。この調整レンズ１２は光ディスク１０で反射されて光検出器５０の方向に進行する第１光１１ａの非点収差を調整してＦＥＳを検出できるようにする。参照番号１９は反射ミラーである。
【００６４】
前記のような光学的構成を有する本発明の望ましい一実施例による光ピックアップ装置によれば、第１光ディスク１０ａ記録／再生時に次のように光検出器５０の検出信号から再生信号と位相差検出法によるトラッキングエラー信号、プッシュプル法によるトラッキングエラー信号、ＦＥＳ及びＳｔｉｌｔを検出できる。
【００６５】
再生信号はメイン受光部５１の検出信号を利用して検出することが望ましい。このようにメイン受光部５１だけを利用して再生信号を検出すれば、受光面積が小さいために再生信号の周波数特性が向上する利点がある。
【００６６】
プッシュプル法によるトラッキングエラー信号は、第２ないし第５受光部５５、５６、５７、５８の単一受光領域５５ａ、５６ａ、５７ａ、５８ａの検出信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対する第１プッシュプル信号ＰＰ１と、第１受光部５３の４分割受光領域の検出信号Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに対する第２プッシュプル信号ＰＰ２とを差動して検出できる。この時、前記第２プッシュプル信号ＰＰ２は所定ゲインｋで増幅された後、前記第１プッシュプル信号ＰＰ１と差動されることが望ましい。
【００６７】
この時、プッシュプル法によるトラッキングエラー信号を検出するための信号処理部は、図８に示されたように、第２ないし第５受光部５５、５６、５７、５８の単一受光領域５５ａ、５６ａ、５７ａ、５８ａの検出信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対する第１プッシュプル信号ＰＰ１を検出する第１差動器７１と、第１受光部５３の４分割受光領域の検出信号Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに対する第２プッシュプル信号ＰＰ２を検出する第２差動器７３と、前記第１及び第２プッシュプル信号ＰＰ１、ＰＰ２を差動してプッシュプル法によるトラッキングエラー信号ＴＥＳＰＰを出力する第３差動器７７とを具備する。前記信号処理部は、前記第２プッシュプル信号ＰＰ２を所定ゲインｋで増幅して第３差動器７７に入力させるゲイン調整器７５をさらに具備することもある。
【００６８】
対物レンズ４０がシフトされれば回折部材３０の第２ないし第５回折領域Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’で回折されて第２ないし第５受光部５５、５６、５７、５８の単一受光領域５５ａ、５６ａ、５７ａ、５８ａに受光される−１次ビームの位置がシフトされて前記第１プッシュプル信号ＰＰ１には図９Ａに示されたように、所定のオフセットＭが発生する。回折部材３０の第１回折領域Ｅ’で回折されて第１受光部５３の４分割受光領域に受光される＋１次ビームはＲ方向に拡大したビームであるため、前記第２プッシュプル信号ＰＰ２は対物レンズ４０の移動に対して相対的に鈍感である。すなわち、第２プッシュプル信号ＰＰ２は大体大きさがｍであるＤＣ信号である。したがって、ゲイン調整器７５のゲインがｋｍ−Ｍ＝０になるようにすれば、第３差動器７７では図９Ｃに示されたように、対物レンズ４０シフトに関係なくバランスが維持されるプッシュプル法を応用したトラッキングエラー信号ＴＥＳＰＰが出力される。
【００６９】
したがって、本発明による光ピックアップ装置によれば、対物レンズ４０シフト時にオフセット発生が低減されたトラッキングエラー信号を検出できる。
【００７０】
前記のようなプッシュプル法を応用したトラッキングエラー信号検出は、例えば、ＤＶＤ−Ｒ／ＤＶＤ−ＲＷ記録時、ＤＶＤ−ＲＡＭの記録／再生時に使われうる。
【００７１】
位相差検出法を応用したトラッキングエラー信号は、光ディスク１０で反射されて回折部材３０に入射される第１光１１ａをＲ方向及びＴ方向に並列した軸により４つの光領域に区分する時、一対角線方向に位置した光領域に対する第１受光部５３の一対の受光領域及び第２及び第４受光部５５、５７の単一受光領域５５ａ、５７ａの検出信号Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｇの和信号の位相と、他の対角線方向に位置した光領域に対する第１受光部５３の他の一対の受光領域及び第３及び第５受光部５６、５８の単一受光領域５６ａ、５８ａの検出信号Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈの和信号の位相とを差動して検出できる。
【００７２】
前記のような位相差検出法を応用したトラッキングエラー信号検出は、例えば、ＤＶＤ−ＲＯＭ再生時、ＤＶＤ−Ｒ／ＤＶＤ−ＲＷ再生時に使われうる。
【００７３】
ＦＥＳは第２受光部５５の内、外側受光領域の検出信号Ａ１、Ａ２、第３受光部５６の内、外側受光領域の検出信号Ｂ１、Ｂ２、第４受光部５７の内、外側受光領域の検出信号Ｃ１、Ｃ２、第５受光部５８の内、外側受光領域の検出信号Ｄ１、Ｄ２を利用して、式（４）のように検出できる。
【００７４】
ＦＥＳ＝（Ａ２＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ１）−（Ａ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ２） （４）式（４）によるＦＥＳは、光ディスク１０で反射された第１光１１ａをＲ方向及びＴ方向と並列した点線により図１０に示されたように８つの光領域Ｉ１、Ｉ２、Ｊ１、Ｊ２に区分し、光領域とその検出信号を同一記号で表示する時、（Ｉ１−Ｉ２）＋（Ｊ１−Ｊ２）と実質的に同一である。図１０で光領域Ｉ１と光領域Ｉ２とは互いに対称であるため、トラッククロス時に発生する光領域Ｉ１の検出信号と光領域Ｉ２の検出信号のＡＣ信号の大きさは互いに同一である。したがって、差動時に光領域Ｉ１の検出信号と光領域Ｉ２の検出信号とのＡＣ信号成分が互いに相殺される。光領域Ｊ１の検出信号と光領域Ｊ２の検出信号とも同じである。
【００７５】
したがって、式（４）のようにＦＥＳを検出すれば、オンフォーカス状態でＤＶＤ−ＲＡＭのようなランド／グルーブ構造の光ディスク１０に照射される光スポットがトラックをクロスしても、ＦＥＳはグルーブの影響をほとんど受けない。また、式（４）によって検出されたＦＥＳは前記本発明による光ピックアップ装置の光学的構成の特性のため、光検出器５０の偏差及び第１光１１ａの波長変化に鈍感である。
【００７６】
Ｓｔｉｌｔは第１受光部５３の４分割受光領域のうち光ディスク１０のＲ方向に配置された受光領域の検出信号Ｅ、Ｈの和信号の位相と残りの受光領域の検出信号Ｆ、Ｇの和信号の位相とを差動して検出できる。
【００７７】
代案として、Ｓｔｉｌｔは第１対角線方向に位置した第２及び第４受光部５５、５７の単一受光領域５５ａ、５７ａの検出信号Ａ、Ｃと前記第１対角線方向と交差する第２対角線方向に位置した第１受光部５３の受光領域の検出信号Ｆ、Ｈとの和信号の位相と、第２対角線方向に位置した第３及び第５受光部５６、５８の単一受光領域５６ａ、５８ａの検出信号Ｂ、Ｄと第１対角線方向に位置した第１受光部５３の受光領域の検出信号Ｅ、Ｇとの和信号の位相とを差動して検出することもある。このような方法によるＳｔｉｌｔ検出は、光ディスク１０で反射された第１光１１ａをＲ方向及びＴ方向と並列した線により後述する図１２のように８つの光領域に区分して検出することに該当する。
【００７８】
このような位相差検出法を応用したＳｔｉｌｔ検出は、例えば、ＤＶＤ−ＲＯＭのようにピットが形成されている光ディスク１０の再生時に行われうる。
【００７９】
Ｓｔｉｌｔは第２受光部５５の内、外側受光領域の検出信号Ａ１、Ａ２、第３受光部５６の内、外側受光領域の検出信号Ｂ１、Ｂ２、第４受光部５７の内、外側受光領域の検出信号Ｃ１、Ｃ２、第５受光部５８の内、外側受光領域の検出信号Ｄ１、Ｄ２を利用して、式（５）のように検出できる。
【００８０】
Ｓｔｉｌｔ＝（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ２）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ１） (5)
光ディスク１０で反射された第１光１１ａをＲ方向及びＴ方向と並列した点線により図１１のように８つの光領域に区分すれば、ラジアル方向にチルトが発生する場合、光領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ２、Ｄ２の強度は強まり、光領域Ａ２、Ｂ２、Ｃ１、Ｄ１の強度は弱まる。ラジアルチルトが反対に発生すれば、各光領域での強度分布は反対に変わる。図１１では容易に理解できるように、光領域とその光領域を受光する第２ないし第５受光部５５、５６、５７、５８の２分割受光領域とを同一記号で表示した。
【００８１】
光領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ２、Ｄ２の強度分布と光領域Ａ２、Ｂ２、Ｃ１、Ｄ１の強度分布とがラジアルチルトに対して互いに反対傾向に変わるので、これら光領域の検出信号を式（５）のように差動することによりラジアルＳｔｉｌｔを検出できることは当然である。
【００８２】
式（５）のようなＳｔｉｌｔ検出はグルーブが形成されている光ディスク１０、例えば、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭに対して適用可能である。
【００８３】
光スポットの最適フォーカス制御は、第２ないし第５受光部５５、５６、５７、５８の単一受光領域５５ａ、５６ａ、５７ａ、５８ａの検出信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの和信号と第１受光部５３の４分割受光領域の検出信号Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの和信号との差動信号Ｓｄｉｆｆを式（６）のように求め、このＳｄｉｆｆを利用して行える。前記のようなＳｄｉｆｆ検出は光ディスク１０で反射された第１光１１ａをＲ方向及びＴ方向と並列した線により図１２のように８つの光領域に区分して検出することに該当する。図１２では便宜のために、８つの光領域とその光領域を各々検出する第２ないし第５受光部５５、５６、５７、５８の単一受光領域５５ａ、５６ａ、５７ａ、５８ａ及び第１受光部５３の４分割受光領域を同一記号で表示した。
【００８４】
Ｓｄｉｆｆ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）−（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ） （６）
前記のような方式により検出されるＳｄｉｆｆはオンフォーカス状態である時、図１３に示された通りである。図１３に示されたＳｄｉｆｆはオンフォーカス状態である時、トラック位置に対するトラッククロス信号である。図１３で分かるように、前記Ｓｄｉｆｆはオシレーション信号であり、集束ずれが大きくなればそのオシレーションが大きくなる特性がある。したがって、前記Ｓｄｉｆｆのオシレーションが最小化される位置を確認してその位置に光スポットを集束させれば、光スポットが最適フォーカス点を追従できる。
【００８５】
以上説明したように、本発明による光ピックアップ装置の光学的構成によれば、第１光ディスク１０ａの種類によって適切な方式で最適にトラッキングエラー信号、ＦＥＳ、Ｓｔｉｌｔ、最適フォーカス制御信号などの検出ができるので、本発明による光ピックアップ装置に再生信号と前述したエラー信号及び最適フォーカス制御信号のうち少なくとも一つの信号を検出するように構成された信号処理部７０をさらに具備し、その検出信号を利用してトラッキング、フォーカス及び／またはチルトサーボを制御すれば、従来の問題点が改善されて、情報信号の安定した記録／再生が可能である。
【００８６】
以下では図３ないし図５及び図７を参照しつつ、前記のような本発明の望ましい一実施例による光ピックアップ装置の作動例を説明する。
【００８７】
まず、本発明の望ましい一実施例による光ピックアップ装置を具備した光記録再生機器に第１光ディスク１０ａ、例えば、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷまたはＤＶＤ−ＲＡＭが適用されれば、第１光源１１が駆動してそれより第１光１１ａが出射される。この第１光１１ａの所定線偏光、例えば、Ｐ偏光成分は第１光路変換器１３で反射され、第２光路変換器１７を経由して回折部材３０に入射される。この第１光１１ａは回折部材３０をそのまま通過して対物レンズ４０により集束されて第１光ディスク１０ａの記録面上に光スポットで結ばれる。この時、回折部材３０に入射された第１光１１ａは開口フィルター３７及び偏光ホログラム層３１を順にそのまま通過して偏光変換層３３を経由しつつ一円偏光になる。第１光ディスク１０ａの記録面で反射された第１光１１ａは対物レンズ４０を経由して再び回折部材３０に入射される。第１光１１ａは第１光ディスク１０ａの記録面で反射されつつ直交する他の円偏光になる。回折部材３０に入射された他の円偏光の第１光１１ａは偏光変換層３３を経由しつつ直交する他の線偏光、例えば、Ｓ偏光の光になり偏光ホログラム層３１で回折されて、５つの光領域に分割されると同時に０次及び±１次ビームに分岐される。この分岐された０次及び±１次ビームは第２光路変換器１７を経由して第１光路変換器１３に入射され、この第１光路変換器１３を透過して光検出器５０に受光される。信号処理部７０は光検出器５０から出力される信号を利用して、前述したような原理により再生信号及び／またはフォーカス、トラッキング及び／またはチルトサーボを制御するための信号を検出する。
【００８８】
光記録再生機器に第２光ディスク１０ｂ、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲまたはＣＤ−ＲＷが適用されれば、第２光源２１が駆動してそれより第２光２１ａが出射される。この第２光２１ａはホログラム部材２５を直進透過して第２光路変換器１７を経由して回折部材３０に入射される。この回折部材３０に入射された第２光２１ａは位相補正器３５により第１光ディスク１０ａに対する第２光ディスク１０ｂの厚さ差による球面収差を相殺する逆球面収差を有するように位相が補正され、開口フィルター３７により、例えば、開口数０.５を達成できるようにその開口が制限される。この第２光２１ａは偏光ホログラム層３１をそのまま透過して対物レンズ４０により集束されて第２光ディスク１０ｂの記録面に光スポットで結ばれる。第２光ディスク１０ｂの記録面で反射された第２光２１ａは前記と反対の経路を通じて第２光路変換器１７に入射され、第２光路変換器１７を経由してホログラム部材２５に入射される。この第２光２１ａはホログラム部材２５により回折されて光検出器２３に受光される。
【００８９】
以上本発明の望ましい一実施例による光ピックアップ装置は互換可能なＤＶＤ−ＲＡＭ用光記録再生機器に適している。本発明の望ましい一実施例による光ピックアップ装置を適用した光記録再生機器は、あらゆる種類のＤＶＤ系列光ディスク及びあらゆる種類のＣＤ系列光ディスクを互換採用できる。
【００９０】
以上本発明による光ピックアップ装置が図３に示された光学的構成を有する場合を例として説明した。他の例として、本発明による光ピックアップ装置はＤＶＤ及び次世代ＤＶＤ系列の光ディスクを互換採用するように構成されることもある。この時、第１光源１１は次世代ＤＶＤ系列の光ディスクに適した青色波長領域の光を出射し、第２光源２１はＤＶＤ系列の光ディスク１０に適した赤色波長領域の光を出射するように設けられる。そして、光ピックアップ装置をなす残りの光学素子はこれに対応する設計条件で形成される。この時、第２光源２１から出射された第２光２１ａに対して回折部材３０と同じ役割をするようになった回折部材をさらに具備し、光検出器を光検出器５０に対応する構造で形成すれば、次世代ＤＶＤ系列光ディスクに対してだけでなく、ＤＶＤ系列の光ディスクに対しても安定した記録／再生が可能になる。
【００９１】
また他の例として、本発明による光ピックアップ装置は単一系列の光ディスクを採用するように構成されることもある。この時、図３で第２光源２１及びそれによる光学素子及び第２光路変換器１７は除去され、フロント光検出器１８は第１光路変換器１３の一側に配置される。そして、第１光源１１の出射光波長及び残りの光学素子はＤＶＤまたは次世代ＤＶＤ系列の光ディスク１０フォーマットに合う設計条件で形成される。
【００９２】
【発明の効果】
前記本発明による光学的構成によれば、第一に、光検出器の偏差に鈍感なトラッキングエラー信号及びＦＥＳを検出できる。第二に、対物レンズのシフト時にもオフセットが低減したトラッキングエラー信号を検出できる。第三に、光記録再生機器の内部温度変化及び記録／再生モード変換による光波長変化時にもオフセットが低減したＦＥＳを検出できる。第四に、ランドグルーブタイプ光ディスクに対してグルーブ影響が減少したＦＥＳを検出できる。第五に、グルーブを有する光ディスク及びピットを有する光ディスクのラジアルチルトを検出できる。第六に、周波数特性が向上した再生信号を検出できる。第七に、光スポットの最適フォーカス点を追従できるように集束ずれによってオシレーションの大きさが増減する信号を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非点収差法によりＦＥＳを検出するようになった従来の受光光学系を概略的に示した図である。
【図２】図１の光検出器を示した平面図である。
【図３】本発明の望ましい一実施例による光ピックアップ装置の光学的構成図である。
【図４】本発明による光ピックアップ装置に採用される回折部材の回折領域の構成を概略的に示した平面図である。
【図５】図３の光学的構成を有する光ピックアップ装置に適した回折部材の一実施例を示した断面図である。
【図６】図４に示された回折部材により回折された回折ビームの発散、集束特性による回折ビームの集束位置を示した図である。
【図７】図４に示された回折部材の回折領域の構成により回折された０次、±１次ビームが受光される光検出器の一実施例を示した平面図である。
【図８】図７に示された光検出器の一部検出信号からプッシュプル法を応用してトラッキングエラー信号を検出する信号処理部の例を示したブロック図である。
【図９Ａ】図８に示された信号処理部からオフセットが除去されたトラッキングエラー信号が検出される原理を示したグラフである。
【図９Ｂ】図８に示された信号処理部からオフセットが除去されたトラッキングエラー信号が検出される原理を示したグラフである。
【図９Ｃ】図８に示された信号処理部からオフセットが除去されたトラッキングエラー信号が検出される原理を示したグラフである。
【図１０】本発明による光ピックアップ装置の回折部材及び光検出器の光学的構成により、式（４）、（５）及び（６）によるＦＥＳ、Ｓｔｉｌｔ、光スポットの最適フォーカス制御のためのＳｄｉｆｆを検出する原理を説明するための光領域分割構造を示した図である。
【図１１】本発明による光ピックアップ装置の回折部材及び光検出器の光学的構成により、式（４）、（５）及び（６）によるＦＥＳ、Ｓｔｉｌｔ、光スポットの最適フォーカス制御のためのＳｄｉｆｆを検出する原理を説明するための光領域分割構造を示した図である。
【図１２】本発明による光ピックアップ装置の回折部材及び光検出器の光学的構成により、式（４）、（５）及び（６）によるＦＥＳ、Ｓｔｉｌｔ、光スポットの最適フォーカス制御のためのＳｄｉｆｆを検出する原理を説明するための光領域分割構造を示した図である。
【図１３】式（６）によるＳｄｉｆｆを示したグラフである。
【符号の説明】
１０ 光ディスク
１０ａ 第１光ディスク
１０ｂ 第２光ディスク
１１ 第１光源
１１ａ 第１光
１２ 調整レンズ
１３ 第１光路変換器
１５、２７ コリメーティングレンズ
１７ 第２光路変換器
１８ 外装型フロント光検出器
１９ 反射ミラー
２１ 第２光源
２１ａ 第２光
２３ 光検出器
２５ ホログラム部材
３０ 回折部材
３１ 偏光ホログラム層
３１ａ 第１屈折率物質領域
３１ｂ 第２屈折率物質領域
３３ 偏光変換層
３５ 位相補正器
３７ 開口フィルター
３７ａ 開口
３７ｂ パターン領域
３９ 透明ベース
４０ 対物レンズ
５０ 光検出器
５１ メイン受光部
５３、５５、５６、５７、５８ 第１〜第５受光部
５５ａ、５６ａ、５７ａ、５８ａ 単一受光領域
５５ｂ、５６ｂ、５７ｂ、５８ｂ ２分割受光領域
７０ 信号処理部
７１ 第１差動器
７３ 第２差動器
７５ ゲイン調整器
７７ 第３差動器

Claims (36)

  1. 所定波長の第１光を出射する第１光源と、
    入射される第１光の進行経路を変換する第１光路変換器と、
    前記第１光を集束させて記録媒体上に光スポットを形成する対物レンズと、
    前記記録媒体のタンゼンシャル方向に対応する方向に広い幅を有する第１回折領域と、前記記録媒体のラジアル方向に対応する方向に前記第１回折領域外側の周りに順に位置した第２ないし第５回折領域とを具備して、前記記録媒体で反射されて入射される第１光を５つの光領域に分割して回折させる回折部材と、
    前記記録媒体で反射されて前記回折部材の第１ないし第５回折領域で回折された第１光を受光して光電変換する第１ないし第５受光部を具備する第１光検出器とを含み、
    前記第１ないし第５回折領域には記録媒体で反射されて入射された第１光を回折させて０次及び±１次ビームに分岐させ、＋１次ビーム及び／または−１次ビームが各々前記第１光検出器に互いに離隔されたまま受光されるようにするパターンが形成され、
    前記第２ないし第５回折領域には各々、±１次ビームのうち一回折次数のビームは０次ビームに比べて発散させ、他の回折次数のビームは０次ビームに比べて集束させるようにパターンが形成されたことを特徴とする光ピックアップ装置。
  2. 前記第２及び第４回折領域で回折された−１次ビームと前記第３及び第５回折領域で回折された＋１次ビームとは第１焦点に集束され、前記第２及び第４回折領域で回折された＋１次ビームと前記第３及び第５回折領域で回折された−１次ビームとは前記第１焦点と異なる第２焦点に集束され、前記第１光検出器はオンフォーカス状態で前記第１及び第２焦点間に位置することを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
  3. 前記第１回折領域にはラジアル方向に対応する方向に±１次ビームを拡大するように非点収差発生パターンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
  4. 前記第２ないし第５回折領域は各々、±１次ビームのうち一回折次数のビームは０次ビームに比べて発散させ、他の回折次数のビームは０次ビームに比べて集束させるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
  5. 前記第２及び第４回折領域で回折された−１次ビームと前記第３及び第５回折領域で回折された＋１次ビームとは第１焦点に集束され、前記第２及び第４回折領域で回折された＋１次ビームと前記第３及び第５回折領域で回折された−１次ビームとは前記第１焦点と異なる第２焦点に集束され、前記第１光検出器はオンフォーカス状態で前記第１及び第２焦点間に位置することを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置。
  6. 前記第１光検出器は前記第１ないし第５回折領域で回折されていない０次ビームを受光して検出するメイン受光部をさらに具備することを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  7. 前記第１光源と異なる波長の第２光を出射する第２光源と、
    前記第２光源から出射された第２光の進行経路を変換する第２光路変換器とをさらに含んで、相異なるフォーマットの記録媒体を互換採用できるようになったことを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  8. 前記第２光源から出射されて前記記録媒体で反射された第２光を受光する第２光検出器と、
    前記第２光源と第２光路変換器との間に入射光を選択的に回折させるホログラム部材とをさらに具備し、前記第２光源、第２光検出器及びホログラム部材は単一体に光モジュール化されたことを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
  9. 前記第２光路変換器の一側に前記第１及び／または第２光源の光出力をモニタリングするフロント光検出器をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
  10. 前記第１及び第２光源のうち一光源はＣＤ系列の記録媒体を記録／再生するのに適した波長の光を出射し、他の光源はＤＶＤ系列の記録媒体を記録／再生するのに適した波長の光を出射することを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
  11. 前記第２光路変換器と対物レンズ間の光路上に、所定直径の開口を有し、その開口の周りに前記第１及び第２光源のうち一光源から出射された光は回折させ、他の光源から出射された光はそのまま透過させるパターンが形成された開口フィルターをさらに具備することを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
  12. 前記第２光路変換器と対物レンズ間の光路上に、前記対物レンズの設計条件を外れた厚さを有する記録媒体の記録／再生時、その厚さ差による球面収差を補正する位相補正器をさらに具備することを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
  13. 前記回折部材は、前記第１光路変換器と対物レンズ間に配置され、前記第１光源から記録媒体に向かう第１光は直進透過させて前記記録媒体で反射された第１光は回折させる偏光ホログラム層と、前記偏光ホログラム層の記録媒体に向かう側に形成されて入射光の偏光を変換させる偏光変換層とを具備することを特徴とする請求項１０に記載の光ピックアップ装置。
  14. 前記回折部材は前記第２光路変換器と対物レンズ間に配置され、前記回折部材の偏光ホログラム層は、前記第１光は偏光によって選択的に回折させ、第２光は偏光に関係なくそのまま透過させるように形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の光ピックアップ装置。
  15. 前記回折部材は、
    所定直径の開口を有し、その開口の周りに前記第１及び第２光源のうち一光源から出射された光は回折させ、他の光源から出射された光は直進透過させるパターンが形成された開口フィルターと、
    前記対物レンズの設計条件を外れた厚さを有する記録媒体の記録／再生時、その厚さ差による球面収差を補正する位相補正器とをさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載の光ピックアップ装置。
  16. 前記位相補正器は前記開口フィルターの開口に位置したことを特徴とする請求項１５に記載の光ピックアップ装置。
  17. 前記第２光路変換器と対物レンズ間の光路上に、所定直径の開口を有し、その開口の周りに前記第１及び第２光源のうち一光源から出射された光は回折させ、他の光源から出射された光は直進透過させるパターンが形成された開口フィルターをさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
  18. 前記第２光路変換器と対物レンズ間の光路上に、前記対物レンズの設計条件を外れた厚さを有する記録媒体の記録／再生時、その厚さ差による球面収差を補正する位相補正器をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
  19. 前記回折部材は、前記第１光路変換器と対物レンズ間に配置され、前記第１光源から記録媒体に向かう第１光は直進透過させて前記記録媒体で反射された第１光は回折させる偏光ホログラム層と、前記偏光ホログラム層の記録媒体に向かう側に形成されて入射光の偏光を変換させる偏光変換層とを具備することを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
  20. 前記回折部材は前記第２光路変換器と対物レンズ間に配置され、前記回折部材の偏光ホログラム層は、前記第１光は偏光によって選択的に回折させ、第２光は偏光に関係なくそのまま透過させるように形成されたことを特徴とする請求項１９に記載の光ピックアップ装置。
  21. 前記回折部材は、
    所定直径の開口を有し、その開口の周りに前記第１及び第２光源のうち一光源から出射された光は回折させ、他の光源から出射された光は直進透過させるパターンが形成された開口フィルターと、
    前記対物レンズの設計条件を外れた厚さを有する記録媒体の記録／再生時、その厚さ差による球面収差を補正する位相補正器とをさらに具備することを特徴とする請求項２０に記載の光ピックアップ装置。
  22. 前記位相補正器は前記開口フィルターの開口に位置したことを特徴とする請求項２１に記載の光ピックアップ装置。
  23. 前記回折部材は前記第１光路変換器と対物レンズ間に配置されて、前記第１光源から記録媒体に向かう第１光は直進透過させて前記記録媒体で反射された第１光は回折させる偏光ホログラム層と、前記偏光ホログラム層の記録媒体に向かう側に形成されて入射光の偏光を変換させる偏光変換層とを具備することを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  24. 前記第１受光部は前記記録媒体のラジアル方向及びタンゼンシャル方向に対応する方向に分割されて、前記第１回折領域で回折された＋１次または−１次ビームを受光する４分割受光領域を具備し、
    前記第２ないし第５受光部は各々前記第２ないし第５回折領域で回折された＋１次または−１次ビームを受光する受光領域を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  25. 前記第２ないし第５受光部の受光領域の検出信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、前記第１受光部の４分割受光領域の検出信号をＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとし、前記記録媒体で反射されて回折部材に入射される第１光を記録媒体のラジアル方向及びタンゼンシャル方向に対応する方向に並列した軸により４つの光領域に区分する時、
    一対角線方向に位置した光領域に対する検出信号Ｅ、Ｇの和信号と他の対角線方向に位置した光領域に対する検出信号Ｆ、Ｈの和信号との位相差でトラッキングエラー信号を検出する信号処理部をさらに具備することを特徴とする請求項２４に記載の光ピックアップ装置。
  26. 前記第１受光部の４分割受光領域の検出信号をＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとする時、
    前記記録媒体のラジアル方向に対応する方向に並列して配置された一対の受光領域の検出信号Ｅ、Ｈの和信号と残りの受光領域の検出信号Ｆ、Ｇの和信号との位相差でチルトエラー信号を検出する信号処理部をさらに具備することを特徴とする請求項２４に記載の光ピックアップ装置。
  27. 前記第２ないし第５受光部の受光領域の検出信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、前記第１受光部の４分割受光領域の検出信号をＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとする時、
    第１対角線方向に位置した第２及び第４受光部の受光領域の検出信号と第２対角線方向に位置した第１受光部の受光領域の検出信号Ｆ、Ｈとの和信号と、第２対角線方向に位置した第３及び第５受光部の受光領域の検出信号と第１対角線方向に位置した第１受光部の受光領域の検出信号Ｅ、Ｇとの和信号の位相差でチルトエラー信号を検出する信号処理部をさらに具備することを特徴とする請求項２４に記載の光ピックアップ装置。
  28. 前記第２ないし第５受光部は各々前記記録媒体のタンゼンシャル方向に対応する方向に分割されて、第２ないし第５回折領域で回折された＋１次ビーム及び−１次ビームのうち前記第２ないし第５受光部の受光領域に受光されない残りの回折ビームを受光する２分割受光領域をさらに具備し、
    前記第２ないし第５受光部の各２分割受光領域は、前記記録媒体のタンゼンシャル方向に対応する方向に沿う前記第１光の中心部分を受光する内側受光領域と、前記第１光の外側部分を受光する外側受光領域とよりなることを特徴とする請求項２４に記載の光ピックアップ装置。
  29. 前記第２受光部の内、外側受光領域の検出信号をＡ１、Ａ２、前記第３受光部の内、外側受光領域の検出信号をＢ１、Ｂ２、前記第４受光部の内、外側受光領域の検出信号をＣ１、Ｃ２、前記第５受光部の内、外側受光領域の検出信号をＤ１、Ｄ２とする時、次の式、
    ＦＥＳ＝（Ａ２＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ１）−（Ａ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ２）
    のようにフォーカスエラー信号ＦＥＳを検出する信号処理部をさらに具備することを特徴とする請求項２８に記載の光ピックアップ装置。
  30. 前記第２受光部の内、外側受光領域の検出信号をＡ１、Ａ２、前記第３受光部の内、外側受光領域の検出信号をＢ１、Ｂ２、前記第４受光部の内、外側受光領域の検出信号をＣ１、Ｃ２、前記第５受光部の内、外側受光領域の検出信号をＤ１、Ｄ２とする時、次の式、
    Ｓｔｉｌｔ＝（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ２）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ１）
    のようにチルトエラー信号Ｓｔｉｌｔを検出する信号処理部をさらに具備することを特徴とする請求項２８に記載の光ピックアップ装置。
  31. 前記第２ないし第５受光部の受光領域の検出信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、前記第１受光部の４分割受光領域の検出信号をＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとする時、前記検出信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対する第１プッシュプル信号と、前記検出信号Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに対する第２プッシュプル信号との差信号または和信号でトラッキングエラー信号を検出する信号処理部をさらに具備することを特徴とする請求項２４に記載の光ピックアップ装置。
  32. 前記信号処理部は、前記第２プッシュプル信号を所定ゲインで増幅した後、前記第１プッシュプル信号と差動または合算するようになったことを特徴とする請求項３１に記載の光ピックアップ装置。
  33. 前記第２ないし第５受光部の受光領域の検出信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、前記第１受光部の４分割受光領域の検出信号をＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈとする時、前記検出信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの和信号と前記検出信号Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの和信号との差動信号を利用して、光スポットの最適フォーカス位置を調整する信号処理部をさらに具備することを特徴とする請求項２４に記載の光ピックアップ装置。
  34. 前記第２ないし第５受光部は各々前記記録媒体のタンゼンシャル方向に対応する方向に分割されて、第２ないし第５回折領域で回折された＋１次ビーム及び−１次ビームのうち前記第２ないし第５受光部の受光領域に受光されない残りの回折ビームを受光する２分割受光領域をさらに具備し、
    前記第２ないし第５受光部の各２分割受光領域は、前記記録媒体のタンゼンシャル方向に対応する方向に沿う前記第１光の中心部分を受光する内側受光領域と、前記第１光の外側部分を受光する外側受光領域とよりなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  35. 前記第２受光部の内、外側受光領域の検出信号をＡ１、Ａ２、前記第３受光部の内、外側受光領域の検出信号をＢ１、Ｂ２、前記第４受光部の内、外側受光領域の検出信号をＣ１、Ｃ２、前記第５受光部の内、外側受光領域の検出信号をＤ１、Ｄ２とする時、次の式、
    ＦＥＳ＝（Ａ２＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ１）−（Ａ１＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ２）
    のようにフォーカスエラー信号ＦＥＳを検出する信号処理部をさらに具備することを特徴とする請求項３４に記載の光ピックアップ装置。
  36. 前記第２受光部の内、外側受光領域の検出信号をＡ１、Ａ２、前記第３受光部の内、外側受光領域の検出信号をＢ１、Ｂ２、前記第４受光部の内、外側受光領域の検出信号をＣ１、Ｃ２、前記第５受光部の内、外側受光領域の検出信号をＤ１、Ｄ２とする時、次の式、
    Ｓｔｉｌｔ＝（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ２＋Ｄ２）−（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ１＋Ｄ１）
    のようにチルトエラー信号Ｓｔｉｌｔを検出する信号処理部をさらに具備することを特徴とする請求項３４に記載の光ピックアップ装置。
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