JP4015116B2 - 光集積ユニット、光ピックアップ装置および光ディスク装置 - Google Patents

光集積ユニット、光ピックアップ装置および光ディスク装置 Download PDF

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Description

本発明は、光ディスクなどの光記録媒体に対して、情報の記録を行なったり、再生を行なったりするために用いられる、光集積ユニット、光ピックアップ装置および光ディスク装置に関する。
従来、光ディスク装置のトラッキングサーボ方式としては、主に、３ビーム法やプシュプル法が知られている。これらの方式を光ディスク装置に用いた場合、記録時や再生時、またはアクセス時にオフセットが生じる。または、光ディスクが傾くことによってもオフセットが生じる。このオフセットを補正する方法として、ＤＰＰ（差動プシュプル）法が提案されている。近年では、情報を高密度で記録するＤＶＤ（Digital Versatile Disk）プレーヤなどの光ディスク装置においてＤＰＰ法が用いられている。
ＤＰＰ法は、主たる光であるメインビーム（以下、「メインビームＭ」と示す）とメインビームＭに追従するように形成された２つのサブビーム（以下、２つのサブビームを「サブビームＡ」および「サブビームＢ」と示す）とのそれぞれの反射光からプシュプル信号を検出する。ＤＰＰ法においては、これらの検出された値を演算することによって、トラッキング誤差信号を形成することができる。光記録媒体の表面上のトラックに沿った方向において、メインビームＭの前後にサブビームＡとサブビームＢとが配置される（たとえば、メインビームＭに対して、サブビームＡが先行ビームになり、サブビームＢが後行ビームになる）。また、メインビームＭによるプシュプル信号の位相と、サブビームＡおよびサブビームＢによるプシュプル信号の位相とが、互いに反転するように形成されている。ＤＰＰ法は、メインビームＭから得られるプシュプル信号と、サブビームＡおよびサブビームＢの両方から得られるプシュプル信号とを演算することによって、トラッキング誤差信号のオフセットを除去するように制御を行なうものである。
ＤＶＤプレーヤなどに用いられる相変化方式の光記録媒体は、既に記録されている部分と未記録の部分とで光の反射率が異なる。このため、たとえば、先行ビームとしてのサブビームＡが既に記録されている部分から未記録の部分に移行する際に、サブビームＡが未記録の部分に照射され、後行するサブビームＢが既に記録されている部分に照射している状態になる時がある。この状態では、サブビームＡによる検出信号のみが、反射率の変化分だけ変化する。先行ビームの検出信号と後行ビームの検出信号との双方を演算に利用することによって、反射率の変化分によるトラッキング誤差信号のオフセットの除去の不足分を軽減することができる。したがって、相変化方式の光記録媒体にＤＰＰ法を適用する場合には、光記録媒体の表面上で、メインビームＭの前後に配置されたサブビームＡおよびサブビームＢの両方の信号を検出して演算を行なう必要がある。
本出願人は、特開２００１−２７３６６６号公報において、ＤＰＰ法を用いることができる光集積ユニットを備えた光ピックアップ装置を提案している。図５に、特開２００１−２７３６６６号公報に開示されている光集積ユニットを示す。図５（ａ）は、光集積ユニットの概略断面図である。光集積ユニットは、光源としての半導体レーザ１０５と光を分割するための３ビーム回折格子１０６と、光源からのレーザ光および反射光を分離するための複合プリズム１０７と、反射光を分割するためのホログラム素子１０９と、光検出器１１０とを備える。
半導体レーザ１０５からの発振光１１９は、３ビーム回折格子１０６によって、メインビームＭと２つのサブビームＡ，Ｂに分割される。これらの３つの光は、複合プリズム１０７に形成されたＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）面１０７ａを通過したのち、１／４波長板１０８を通って図示しないコリメートレンズに向かう。図５（ａ）においては、図の複雑化を避けるため、サブビームＡ，Ｂは図示していない。光記録媒体としての光ディスクからの反射光１２０は、１／４波長板１０８を通って、ＰＢＳ面１０７ａおよび反射ミラー面１０７ｂで反射され、ホログラム素子１０９に入射する。ホログラム素子１０９に入射した反射光１２０は、回折して光検出器１１０に入射する。
半導体レーザ１０５から発振した光は、図５（ａ）に示したＸ方向の直線偏光（Ｐ偏光）の状態でＰＢＳ面１０７ａを通過して、１／４波長板１０８で円偏光に変換され、光ディスクに照射される。光ディスクからの反射光は、再び１／４波長板１０８に入射して、Ｙ方向の偏光（Ｓ偏光）になってＰＢＳ面１０７ａで反射される。このように、ＰＢＳ面１０７ａにおいて発振光１１９と反射光１２０とが分離される。
図５（ｂ）は、光集積ユニットを上側から透視して見たときのそれぞれの位置を説明する図である。３ビーム回折格子１０６は、光集積ユニットのほぼ中央に配置され、その側方には、ホログラム素子１０９が配置されている。複合プリズム１０７は、３ビーム回折格子１０６およびホログラム素子１０９を覆うように形成されている。
図６に、従来の技術に基づくホログラム素子とホログラム素子に入射するレーザ光の位置関係を表す平面図を示す。ホログラム素子１０９は、光ディスクが回転するときの半径方向に光学的に対応するＸ方向に沿って形成された第１の分割線５１と、トラック方向に光学的に対応するＹ方向に沿って形成された第２の分割線５２とを含む。ホログラム素子１０９は、第１の分割線５１および第２の分割線５２によって、ｄ領域６４、ｅ領域６５およびｆ領域６６の３つの領域に分割されている。第１の分割線５１は、ホログラム素子１０９の外周の円の直径に対応するように形成され、第２の分割線５２は、ホログラム素子１０９の外周の円の半径に対応して、さらに第１の分割線５１に対して垂直に交わるように形成されている。
メインビームＭは、メインビームＭ入射領域４５に入射する。メインビームＭ入射領域４５は、平面形状がほぼ円状であり、ホログラム素子１０９の外周円と同軸になるように配置される。サブビームＡは、サブビームＡ入射領域４６に入射する。サブビームＡ入射領域４６は、Ｙ方向においてメインビームＭ入射領域４５からずれて配置されている。サブビームＢは、サブビームＢ入射領域４７に入射する。サブビームＢ入射領域４７は、Ｙ方向においてメインビームＭ入射領域４５からずれて配置されている。サブビームＡ入射領域４６およびサブビームＢ入射領域４７は、第１の分割線５１および第２の分割線５２と交わっている。これらの２つのサブビームの入射領域は、ホログラム素子１０９において、３つに分割されたそれぞれの領域の一部を含むように配置されている。
図７に、反射光を検出するための光検出器１１０と光検出器から得られた信号を演算するための演算部１９０の概略説明図を示す。光検出器１１０には、３列に反射光が入射する。それぞれの光は、矢印２０４で示す列に入射する０次回折光、矢印２０５に示す列に入射する＋１次回折光および矢印２０６に示す列に入射する−１次回折光を含む。光検出器１１０は、ホログラム素子によって＋１次の方向に回折された光を受光するための受光部１２１〜１２６と、−１次の方向に回折された光を受光するための受光部１２７〜１２９とを含む。ここでは、受光部１２１〜１２９からの信号の出力をそれぞれＳ１２１〜Ｓ１２９と表わす。図５（ａ）においては０次回折光は記載されていないが、０次回折光もわずかに生じるため、図７においては矢印２０４で示す列に、０次回折光の落斜部分が記載されている。
図７において、各レーザ光の落斜部分に付された符号は、以下の形式に基づいている。レーザ光の落斜部分の符号のうち第１番目の文字は、透過光または回折光を表わしており、＋１次回折光には「５」、−１次回折光には「６」、０次回折光（透過光）には「４」を記している。第２番目の文字は、メインビームＭまたはサブビームＡ，Ｂを表わす。メインビームＭには「Ｍ」、サブビームには「Ａ」または「Ｂ」を記している。第３番目の文字は、偏光ホログラムによって分割された領域を示す。ｄ領域で回折した光については「ｄ」を、ｅ領域で回折したものには「ｅ」を、ｆ領域で回折した光には「ｆ」を記している。たとえば、レーザ光の落斜部分のうち「５Ｍｄ」は、＋１次回折光のメインビームＭのうち、偏光ホログラムのｄ領域で回折された光であることを示している。０次回折光においては、第３番目の文字は付さずに、たとえば「４Ｍ」と記している。
図７において、メインビームＭの反射光のうち、ホログラム素子のｄ領域６４（図６参照）で回折された＋１次回折光は、近接する受光部１２３と受光部１２４の間隙部で検出され、−１次回折光は、受光部１２８で検出される。また、メインビームＭの反射光のうち、ホログラム素子のｅ領域での−１次回折光は、受光部１２９で受光され、ｆ領域での−１次回折光は、受光部１２７で検出される。
サブビームＡについては、ｅ領域で回折された＋１次回折光が、受光部１２２で検出され、ｆ領域で回折された＋１次回折光は、受光部１２６で検出される。サブビームＢについては、ｅ領域で回折された＋１次回折光は、受光部１２１で検出され、ｆ領域で回折された＋１次回折光は、受光部１２５で検出される。このようにホログラム素子で分割された後に光検出器１１０によって検出されるそれぞれの信号の処理は、以下のように行なわれる。
フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）は、式（１）により算出される。
ＦＥＳ＝Ｓ１２３−Ｓ１２４ …（１）
トラッキング誤差信号（ＴＥＳ４）については、Ｓ１２９とＳ１２７とを用いてプシュプル法に基づき、以下の式（２）により検出が可能である。しかし、前述した理由によって、メインビームＭ、サブビームＡおよびサブビームＢによるそれぞれのプシュプル信号ＴＥＳ４、ＴＥＳ（Ａ）、ＴＥＳ（Ｂ）を演算したのちに、式（３）に示すように、ＴＥＳ５を算出するＤＰＰ法に基づく演算方法が主に採用される。
ＴＥＳ４＝Ｓ１２９−Ｓ１２７ …（２）
ＴＥＳ（Ａ）＝（Ｓ１２２−Ｓ１２６）
ＴＥＳ（Ｂ）＝（Ｓ１２１−Ｓ１２５）
ＴＥＳ５＝ＴＥＳ４−ｋ（ＴＥＳ（Ａ）＋ＴＥＳ（Ｂ））
＝（Ｓ１２９−Ｓ１２７）−ｋ｛（Ｓ１２２−Ｓ１２６）＋（Ｓ１２１−Ｓ１２５）｝ …（３）
式（３）において、定数ｋは、メインビームとサブビームの強度の違いを補正するための定数で、たとえば、ＴＥＳ５を算出するためのメインビームＭ、サブビームＡおよびサブビームＢの反射光の光量の相対比がａ：ｂ：ｂである場合には、ｋ＝ａ／（２ｂ）で与えられる。また、ビット情報が記録された光ディスクの再生時には、Ｓ１２９とＳ１２７との位相差の変化を検出して、ＤＰＤ（位相差）法によるＴＥＳ６も検出可能となっている。参考までにＴＥＳ６は次式で与えられる。
ＴＥＳ６＝Ｓ１２９−Ｓ１２７
記録された情報信号（ＲＦ）は、次の式（４）によって検出される。
ＲＦ＝Ｓ１２７＋Ｓ１２８＋Ｓ１２９ …（４）
図７に示す演算部１９０は、式（３）の演算を行なうための回路を模式的に示している。ＴＥＳ４は減算器１９４によって演算され、ＴＥＳ（Ａ）またはＴＥＳ（Ｂ）は、それぞれ減算器１９１または減算器１９２によって演算される。ＴＥＳ（Ａ）＋ＴＥＳ（Ｂ）は、加算器１９３によって演算され、増幅器１９５によって定数ｋが乗じられる。ＤＰＰ法によるＴＥＳ５は、減算器１９６によって算出される。
特開２００１−２７３６６６号公報（第３−７頁、第１−６図）
上述したように、相変化型の光記録媒体を用いる光ピックアップ装置にＤＰＰ法を適用するためには、光記録媒体のトラック方向において、メインビームＭの前後に形成された２つのサブビームを検出する必要があった。さらに、ＤＰＰ法を用いた従来の技術に基づく光集積ユニットにおいては、図７に示すように、２つのサブビームＡ，Ｂの両方の反射光を検出するために、サブビームＡの検出用である受光部１２２，１２６、サブビームＢの検出用である受光部１２１，１２５の合計４つの受光部を形成する必要があった。このため、光検出器を形成している領域の面積が大きくなって、光集積ユニットの小型化の弊害になるという問題があった。また、光検出器の数が多くなるためコストアップの要因となるという問題があった。
さらに、４つの受光部１２１，１２２，１２５，１２６からＴＥＳ（Ａ）およびＴＥＳ（Ｂ）の信号を演算するために、演算器の数が増えて、回路が複雑になるという問題があった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、小型化を図るとともに演算部の回路を簡単にした光集積ユニット、光ピックアップ装置および光ディスク装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に基づく光集積ユニットは、光記録媒体に対して光を照射するための光源と、上記光からメインビームと１つ以上のサブビームを形成するためのサブビーム形成手段と、上記光記録媒体からの反射光を分割するための反射光分割手段と、上記反射光を検出するための光検出器とを備える。上記反射光分割手段は、上記光記録媒体が回転するときの半径方向と光学的に対応する方向に沿って形成された第１の分割線を含み、上記メインビームの反射光は上記第１の分割線を境界にして分割され、上記サブビームの反射光は上記第１の分割線を避けた位置に到達するように形成されている。この構成を採用することにより、小型化を図ることができ、演算部の回路が簡単になった光集積ユニットを提供することができる。また、安定したトラッキングサーボ性能を有する光集積ユニットを提供することができる。
上記発明において好ましくは、上記反射光分割手段と上記光検出器とは、上記サブビームの反射光が上記第１の分割線を避けた位置に到達するような距離をあけて配置されている。この構成を採用することにより、上記サブビームの反射光を上記第１の分割線を避けた位置に容易に到達させることができる。
上記発明において好ましくは、上記反射光分割手段は、上記半径方向と光学的に対応する方向に垂直な方向に形成された第２の分割線を含み、上記メインビームの反射光と上記サブビームの反射光の少なくとも一部とを上記第２の分割線を境界にして分割するように形成されている。この構成を採用することにより、トラッキング誤差信号を形成するための光の分割を行なうことができる。
上記発明において好ましくは、上記サブビーム形成手段は、ブレーズ化された回折格子を含む。この構成を採用することにより、対物レンズシフトによるオフセットを補正するための信号の出力を大きくすることができ、安定したトラッキングサーボを行なうことができる。
上記発明において好ましくは、上記サブビーム形成手段と上記光記録媒体との間に配置され、上記光源から上記光記録媒体に向かう光を透過させるための機能と、上記反射光の少なくとも一部を上記反射光分割手段に導くための機能とを有する光路分離手段を備える。この構成を採用することにより、上記反射光分割手段や上記光検出器を配置できる範囲が大きくなって、設計の自由度が大きくなる。さらに、上記光路分離手段にカー回転角増倍の機能を付与することができ、光磁気信号の検出機能の向上を図ることができる。
上記発明において好ましくは、上記光路分離手段は、偏光回折格子を含む。この構成を採用することにより、上記光路分離手段自体を薄く形成することができ、光集積ユニットのさらなる小型化や薄型化を図ることができる。
上記発明において好ましくは、上記光路分離手段は、第１光学媒質と第２光学媒質とが接する第１の面で形成されている。この構成を採用することにより、周知の材料を貼り合せた偏光ビームスプリッタで上記光路分離手段を容易に形成することができる。
上記発明において好ましくは、上記光の経路のうち上記光路分離手段と上記反射光分割手段との間に、上記第１の面と平行になるような上記第１光学媒質と上記第２光学媒質とが接する第２の面を含む。この構成を採用することにより、上記反射光分割手段に対して、反射光を垂直に入射させることができ、上記反射光分割手段の設計が容易になる。また、上記反射光分割手段において、反射光が変形しないため、上記反射光の分割などの処理が容易になる。
上記目的を達成するため、本発明に基づく光ピックアップ装置は、上述の光集積ユニットと、上記光集積ユニットから出射された光を光記録媒体において集光させるための対物レンズとを備える。この構成を採用することにより、小型化を図るとともに演算部の回路が簡単になった光ピックアップ装置を提供することができる。また、安定したトラッキングサーボを行なうことができる光ピックアップ装置を提供することができる。
上記発明において好ましくは、上記反射光分割手段は、上記半径方向と光学的に対応する方向に垂直な方向に形成された第２の分割線を含み、上記第２の分割線を境界に上記メインビームの反射光が分割されて形成される２つの分割光の検出信号を演算することにより、第１のトラッキング誤差信号を形成するための手段と、上記第２の分割線を境界に上記サブビームの反射光が分割されて形成される２つの分割光の検出信号を演算することにより、第２のトラッキング誤差信号を形成するための手段と、上記第１のビームトラッキング誤差信号と上記第２のトラッキング誤差信号と用いて演算することにより、第３のトラッキング誤差信号を形成するための手段とを備える。この構成を採用することにより、得られたそれぞれの信号を演算して、対物レンズシフトによるオフセットの影響を小さくすることができ、安定したサーボを行なうことができる光ピックアップ装置を提供することができる。
上記目的を達成するため、本発明に基づく光ディスク装置は、上述の光ピックアップ装置と、光磁気記録方式の光記録媒体とを備える。この構成を採用することにより、小型化を図るとともに演算器の回路を簡単にした光ディスク装置を提供することができる。また、安定したトラッキングサーボ性能を有し、光磁気記録方式の記録および再生を安定して行なうことができる光ディスク装置を提供することができる。
本発明によれば、小型化を図るとともに演算部の回路を簡単にした、光集積ユニット、光ピックアップ装置および光ディスク装置を提供することができる。さらに、安定したトラッキングサーボを行なうことができる光集積ユニット、光ピックアップ装置および光ディスク装置を提供することができる。
（実施の形態１）
図１から図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における光集積ユニット、光ピックアップ装置および光ディスク装置について説明する。図１（ａ）は、本実施の形態における光ディスク装置の断面図である。図１（ｂ）は（ａ）におけるＩＢ−ＩＢ線に関する矢視断面図である。図１においては、光ディスク１２を回転するための駆動部や磁気ヘッドなどについては、本発明と関連性がないので図示省略している。光ディスク装置３５は、光磁気記録方式の光記録媒体としての光ディスク１２と光ピックアップ装置２０とを備える。光ピックアップ装置２０は、対物レンズ１１とコリメートレンズ１０と光集積ユニット１７とを含む。
光集積ユニット１７は、光記録媒体に対して光を照射するための光源として半導体レーザ１８を含む。半導体レーザ１８から発振されたレーザ光の光路上には、発振されたレーザ光がメインビームと１つ以上のサブビームを形成するためのサブビーム形成手段として、回折格子３が配置されている。本実施の形態における回折格子３は、断面の形状が矩形状である。本実施の形態においては、レーザ光が回折格子３を通ることによって、メインビームＭ４０、サブビームＡ４１およびサブビームＢ４２が形成される。
また、上記の光路上には、発振されたレーザ光と光ディスク１２で反射した反射光とを分離するための光路分離手段として偏光回折格子２が形成されている。半導体レーザ１８は、パッケージ１６の内部に配置され、回折格子３は、石英基板などの硝材１５に配置されている。硝材１５はパッケージ１６の上面に配置され、硝材１５の上側には石英基板などで形成された硝材１４が配置されている。偏光回折格子２は、硝材１４に形成されている。
硝材１５の上面のうち、光ディスク１２に向かうレーザ光の光路の側方には、反射光分割手段としての偏光ホログラム１が形成されている。偏光ホログラム１は、偏光回折格子２で回折された反射光の光路上に形成されている。偏光ホログラム１は、光ディスク１２からの反射光を分割する。パッケージ１６の内部には、偏光ホログラム１で分割されたレーザ光を検出するために分割されたレーザ光の光路上に光検出器７が配置されている。
偏光回折格子２は、レーザ光の光路において、回折格子３と光ディスク１２との間に配置され、半導体レーザ１８からのレーザ光を透過させるための機能と、光ディスク１２からの反射光を偏光ホログラム１に導くための機能とを有する。すなわち、半導体レーザ１８から発振されたレーザ光は、偏光回折格子２において通過する一方で、光ディスク１２からの反射光は、偏光回折格子２において偏光ホログラム１に向かって分離される。
光集積ユニット１７から出射されたレーザ光の光路上には、レーザ光を平行光にするためのコリメートレンズ１０および光ディスク１２上でレーザ光を集光させるための対物レンズ１１が配置されている。
本実施の形態における偏光ホログラム１の平面図を図２に示す。偏光ホログラム１は平面形状が円形になるように形成されている。偏光ホログラム１は、光ディスクが回転するときの半径方向と光学的に対応する方向（Ｘ方向）に沿って形成された第１の分割線５１を含む。第１の分割線５１は、偏光ホログラム１の平面形状である円の中心を通るように一方の端から他方の端まで形成されている。すなわち、第１の分割線５１は、偏光ホログラム１の平面形状である円の直径と同じ長さになるように形成されている。また、偏光ホログラム１は、光ディスクが回転するときの半径方向と光学的に対応する方向に垂直な方向（Ｙ方向）に形成されている第２の分割線５２を有する。第２の分割線５２は、偏光ホログラム１の平面形状の円の中心を起点として、偏光ホログラム１の外周に達するように形成されている。すなわち、第２の分割線５２は、偏光ホログラム１の平面形状の円の半径と同じ長さになるように形成されている。第１の分割線５１と第２の分割線５２とは、互いに直交している。
偏光ホログラム１には、図２において第１の分割線５１の上側の領域となるａ領域６１と第１の分割線５１の下側であって、第２の分割線５２で仕切られた一方の領域であるｂ領域６２と、他方の領域であるｃ領域６３とを有する。この３つの領域においては、回折格子の回折方向や回折角度がそれぞれ異なっている。本実施の形態においては、３つの領域における回折効率は一定であるが、回折効率をそれぞれの領域において、異ならせることも可能である。
図１において、偏光ホログラム１のＺ方向の位置は、サブビームの反射光が第１の分割線を避けて通過するように配置される。上記の配置を構成するためには、偏光ホログラム１のＺ方向の位置が光検出器７に近い方がその構成が容易である。
しかしながら、偏光ホログラム１と光検出器７の距離が近い場合は、偏光ホログラム１の回折角をより大きく設計する必要があるため、偏光ホログラム１の格子ピッチをより細かく形成する必要がある。前記格子ピッチは大きい方がその製造が容易であるため、回折角は小さく設定することが好ましい。
したがって上記の関係から、偏光ホログラム１と光検出器７との距離は、サブビームの反射光が第１の分割線５１を避けて通過するような範囲内で、かつ、偏光ホログラム１の回折角ができるだけ小さく設定できる位置に設計されることが好ましく、コリメートレンズ１０、対物レンズ１１の定数などを含め適宜設計される。
図２において、２つのサブビームＡ，Ｂは、第１の分割線５１を避けたサブビームＡ入射領域４６とサブビームＢ入射領域４７を通過する。メインビームＭは、メインビームＭ入射領域４５を通過する。
メインビームＭ入射領域４５は、メインビームの中心が第１の分割線５１と第２の分割線５２との交点を通過するように配置される。サブビームＡ入射領域４６は、第２の分割線５２によってＸ方向に２等分されるように配置される。メインビームＭは、第１の分割線５１および第２の分割線５２を境界に分割され、サブビームＡは、第２の分割線５２で分割されるように形成されている。サブビームＡはメインビームＭに対して先行するサブビームであり、サブビームＢは後行するサブビームである。
図３に、本実施の形態における光ディスク装置の光検出器と光検出器から得られる信号を演算するための演算部との概要図を示す。光検出器７は、受光部を複数含み、３つの列から形成されている。図３において、矢印９４に示す列は偏光ホログラムにおける０次の回折光が到達する列、矢印９５に示す列は＋１次回折光が到達する列、矢印９６に示す列は−１次回折光が到達する列である。光検出器７は、偏光ホログラム１によって＋１次の方向に回折された光を受光するための受光部７１〜７６と、０次の方向に回折された光を受光するための受光部７０と、−１次の方向に回折された光を受光するための受光部７７〜７９とを含む。ここでは、受光部７１〜７９からの信号の出力をそれぞれＳ７１〜Ｓ７９と表わす。
演算部８は、光検出器７からの信号を演算するためのものである。演算部８は、第１の分割線５１および第２の分割線５２を境界にｂ領域６２とｃ領域６３とによってメインビームＭの反射光が分割されて形成される２つの分割光の検出信号を演算することにより、第１のトラッキング誤差信号（メインビームのプシュプル信号）を生成することができ、また、第２の分割線５２を境界に前記サブビームの反射光が分割されて形成される２つの分割光の検出信号を演算することにより、第２のトラッキング誤差信号（サブビームのプシュプル信号）を生成することができるように形成されている。
さらに、演算部８は、第１のトラッキング誤差信号と第２のトラッキング誤差信号とを用いて演算することにより、第３のトラッキング誤差信号を生成することができるように形成されている。演算部８は、減算するための減算器２１，２２，２３および信号をｋ倍に増幅するための増幅器２４とを有する。
（作用・効果）
図１において、半導体レーザ１８から出射されたレーザ光は、直線偏光（Ｐ偏光）である。レーザ光は、直線格子状の回折格子３に入射する。回折格子３では、レーザ光が透過および回折することによって、０次回折光（透過光）であるメインビームＭ、＋１次回折光であるサブビームＡおよび−１次回折光であるサブビームＢの３本の光が形成される。本実施の形態においては、回折格子３は３ビーム回折格子である。この回折格子は、断面が矩形の直線格子であり、製造することが容易で、サブビーム形成手段として好適である。
図１（ｂ）は、レーザ光が光ディスクに到達するまでのメインビームＭと２つのサブビームＡ，Ｂを示す断面図である。図１（ｂ）に示すように、半導体レーザ１８からのレーザ光の出射方向に、メインビームＭ４０が形成され、±１次回折光であるサブビームＡ４１とサブビームＢ４２とは、Ｙ方向に対してメインビームＭ４０からずれ、メインビームＭ４０を挟むように発生する。
メインビームＭ４０、サブビームＡ４１およびサブビームＢ４２は、偏光回折格子２に入射する。本実施の形態における偏光回折格子２の回折効率は、Ｐ偏光の０次回折効率（透過率）が８０％、±１次回折効率がそれぞれ８％、Ｓ偏光の±１次回折効率がそれぞれ４０％になるように形成されている。半導体レーザ１８から出射したレーザ光の大部分は、偏光回折格子２において回折されずに透過する。偏光回折格子２を透過した３本の光は、コリメートレンズ１０に入射する。コリメートレンズ１０を通過することによって、３本のレーザ光は、平行光になる。この後に、３本の光は、対物レンズ１１で集光され、光ディスク１２の情報記録面に照射される。光ディスク１２に照射された光は、記録されている信号に応じてカー回転が付与され、反射する際に偏光方向が回転した反射光になる。
光ディスク１２からの３本の反射光は、対物レンズ１１、コリメートレンズ１０を順次通って、偏光回折格子２に入射する。偏光回折格子２において、図１（ａ）における＋Ｘ方向に＋１次回折光９として回折される光が生じる。偏光回折格子２における±１次回折効率は、Ｐ偏光またはＳ偏光において、それぞれ８％と４０％とに設定されている。偏光回折格子２は、反射光に付与されたカー回転角を増倍する手段として用いられる。
偏光回折格子２による＋１次回折光９は、偏光ホログラム１に入射する。偏光ホログラム１において、０次回折光４、＋１次回折光５および−１次回折光６を生じる。これらの回折光は、メインビームＭと２つのサブビームＡ，Ｂについて、それぞれ発生する。
図２において、反射光のうちメインビームＭは、偏光ホログラム１の主表面のうちメインビームＭ入射領域４５に到達する。メインビームＭは、その中心が第１の分割線５１および第２の分割線５２の交点を通過する。メインビームＭは、第１の分割線５１および第２の分割線５２を境界に、ａ領域６１、ｂ領域６２およびｃ領域６３によって分割される。
サブビームＡは、サブビームＡ入射領域４６に示すように、第１の分割線５１を避けて、ｂ領域６２およびｃ領域６３に二分割されるように到達する。サブビームＡは、ｂ領域６２およびｃ領域６３とを足し合わせた領域の内部に到達する。サブビームＢは、サブビームＢ入射領域４７に示すように、第１の分割線５１を避けて、ａ領域６１の内部に到達する。
偏光ホログラム１で生じた透過光または回折光は、図３に示す光検出器７の受光部に向かう。通常は、それぞれの受光部の表面上でレーザ光が集光するように設計されるため、それぞれのビームが受光部に到達するときの形状は、ほぼ点状になるが、図３においては、偏光ホログラムのどの領域において分割された光なのかを理解しやすくするために、やや形を大きくして分割された形状で記している。
図３に、各レーザ光の落斜部分を示す。各レーザ光の落斜部分に付された符号は、以下の形式に基づいている。レーザ光の落斜部分の符号のうち第１番目の文字は、透過光または回折光を表わしており、＋１次回折光には「５」、−１次回折光には「６」、透過光には「４」を記している。第２番目の文字は、メインビームＭまたはサブビームＡ，Ｂを表わす。メインビームＭには「Ｍ」、サブビームには「Ａ」または「Ｂ」を記している。第３番目の文字は、偏光ホログラムによって分割された領域を示す。ａ領域で回折した光については「ａ」を、ｂ領域で回折したものには「ｂ」を、ｃ領域で回折した光には「ｃ」を記している。たとえば、レーザ光の落斜部分のうち「５Ｍｃ」は、メインビームＭの＋１次回折光のうち、偏光ホログラムのｃ領域を通過した光であることを示している。０次回折光については、第３番目の文字は付さずに、たとえば、「４Ｍ」と記している。
図３において括弧を付した符号で示されるレーザ光の落斜部分は、本実施の形態においては信号検出に用いていないが、それぞれの光は、適宜検出信号として利用されていても構わない。
次に、トラッキング誤差信号の検出について説明する。ｂ領域およびｃ領域での回折光には、光ディスクのトラック溝で反射する際に生じる０次回折光と±１次回折光との重なり部分（プシュプル信号の生成に寄与する部分）が含まれている。これらの検出信号の差動によってトラッキング誤差信号が形成される。
本実施の形態においては、メインビームＭのｂ領域６２およびｃ領域６３での回折光５Ｍｂ，５Ｍｃの出力信号であるＳ７１とＳ７５との差動によって、メインビームＭのプシュプル信号（第１のトラッキング誤差信号：ＴＥＳ１）を、次の式（５）により形成する。
ＴＥＳ１＝Ｓ７１−Ｓ７５ …（５）
サブビームＡの回折光の落斜部分５Ａｂと回折光の落斜部分５Ａｃについては、出力信号Ｓ７２と出力信号Ｓ７６との差動によって、サブビームＡのプシュプル信号（第２のトラッキング誤差信号：ＴＥＳ２）を次の式（６）によって形成する。
ＴＥＳ２＝Ｓ７２−Ｓ７６ …（６）
メインビームＭとサブビームＡは、算出されたＴＥＳ１とＴＥＳ２とのプシュプル信号の位相が反転するように光ディスクのトラック溝に配置される。
また、トラッキング動作時の対物レンズの移動によるオフセット成分は、メインビームＭとサブビームＡにおいて同極性で発生する。したがって、サブビームＡのみによる信号のＴＥＳ２を第２のトラッキング誤差信号として用いて、次の式（７）で与えられる演算によって、対物レンズシフトによるオフセット成分をキャンセルして、ＴＥＳ１のプシュプル信号より増強されたプシュプル振幅を有する第３のトラッキング誤差信号ＴＥＳ３を形成することができる。ＴＥＳ３を適用することで安定したトラッキングサーボを実現することができる。
ＴＥＳ３＝ＴＥＳ１−ｋＴＥＳ２ …（７）
式（７）の定数ｋは、メインビームＭとサブビームＡ，Ｂとの強度の比を補正する定数である。本実施の形態においては、３ビーム回折格子でのメインビームＭとサブビームＡとサブビームＢとの強度比が１０：１：１である。また、メインビームＭは、第１の分割線で二等分に分割されている。したがって、光検出器で検出されるメインビームＭとサブビームＡに関するレーザ光の強度の比は、メインビームＭ：サブビームＡ＝１０×１／２：１×１＝５：１となる。したがって、本実施の形態においては、式（７）のＴＥＳ３で、対物レンズの移動によるオフセットをキャンセルするためには、ｋ＝５とすればよい。
光記録媒体として光磁気記録方式の光ディスクを用いる場合、記録部と未記録部との反射率の変化がないため、従来の技術のようにメインビームに対して先行するサブビームと後行するサブビームとの両方を検出する必要性がなくなる。したがって、サブビームＡまたはサブビームＢのいずれか一方（本実施の形態においてはサブビームＡを検出している。）を検出して、サブビームによる第２のトラッキング誤差信号ＴＥＳ２として用いることができる。
本実施の形態においては、サブビーム形成手段としての回折格子は、断面の形状が矩形である回折格子を用いている。この結果として、偏光ホログラムにおける１次回折光は、サブビームＡ，Ｂが形成されるが、第２のトラッキング誤差信号として用いるのは、サブビームＡの１次回折光のみでよい。したがって、光検出器に形成される受光部の数を削減することができる。
次に、本発明に基づく光検出器（図３参照）と従来の技術に基づく光検出器（図７参照）とを具体的に比較しながら説明する。本実施の形態における光集積ユニットは、偏光ホログラムのａ領域でサブビームＡが回折されないため、従来のレーザ光の落斜部分５Ａｄに相当する部分が存在せず、この落斜部分５Ａｄに別の受光部を配置することができる。本実施の形態においては、この部分に受光部７５が配置されている。このように、受光部の数を少なくすることができるうえに、光検出器の中央付近にそれぞれの受光部を配置することができ、全体として光検出器の大きさを小さくすることができる。
また、サブビームＢも第１の分割線を避けて配置されている。したがって、偏光ホログラムのｃ領域でサブビームＢが回折されることがないため、本実施の形態における光集積ユニットは、落斜部分５Ｂｆに相当する光が存在せず、落斜部分５Ｂｆの部分に別の受光部を配置することができる。本実施の形態においては、受光部７６が配置されている。この結果、図３に示すように、従来の技術においては受光部が配置されていた破線で示す領域８１が不要になる。
また、本実施の形態における光集積ユニットにおいては、サブビームＢを検出する必要がないため、従来の技術における落斜部分５Ｂｅの部分に受光部を配置する必要がなく、図３に示すように、破線で示す領域８０が不要になる。さらに、図３においての落斜部分６Ｂａの部分にサブビームＡの回折光のうち、利用しない光の落斜部分６Ａｃを重ねる構成にすることができる。この結果、受光部７７を光検出器の中央付近に配置することができ、破線で示す領域８２と領域８３とに形成されていた受光部が不要になる。
このように、反射光のうちサブビームが第１の分割線を避けた位置に到達するように形成することによって、光検出器に到達する光の落斜部分を少なくすることができ、光検出器の大きさを小さくすることができる。
図３において、光検出器７の右側には、演算部８が模式的に示されている。演算部８は、式（５）〜式（７）の演算を行なうための回路を簡易的に示している。減算器２１では、上記のＴＥＳ１を算出することができる。減算器２２では、上記のＴＥＳ２を算出することができる。増幅器２４は、減算器２２で得られた信号をｋ倍することができる。減算器２３では、上記のＴＥＳ３を算出することができる。
本発明に基づく光集積ユニットは、ＴＥＳ２を２つの受光部７２，７６から算出するため、演算部８における演算器の数は、従来の技術に基づく光集積ユニットよりも少なくすることができる。また、トラッキング誤差信号を形成するための回路構成が簡単になる。
本実施の形態においては、サブビーム形成手段として、製作が簡単で低価格な断面形状が矩形の３ビーム回折格子を用いたが、特にこれに限られず、たとえば、断面において、表面に山型の凹凸が連続的に形成された（のこぎり形に形成された）ブレーズ化回折格子を用いてもよい。ブレーズ化回折格子を用いることによって、半導体レーザから出射された光から、メインビームＭと＋１次回折光のサブビームＡの２つのビームを形成することができ、トラッキング誤差信号の演算に用いないサブビームＢ（−１次回折光）を、殆ど生じないようにすることができる。したがって、メインビームＭの光量を低下させることなく、サブビームＡの光量を増加することができ、対物レンズシフトによるオフセットを補正するための第２のトラッキング誤差信号ＴＥＳ２の出力を大きくすることができる。この結果、演算後の第３のトラッキング誤差信号ＴＥＳ３によるトラッキング性能が向上してトラッキングが安定する。
本実施の形態における光集積ユニットにおいては、反射光分割手段としての偏光ホログラム１は、サブビームの反射光が偏光ホログラム１の領域内において第１の分割線５１を避けた位置に到達するような位置に配置されている。この構成を採用することにより、サブビームの反射光を、容易に、第１の分割線を避けた位置に到達するようにできる。そのほか、サブビームの反射光が第１の分割線を避けた位置に到達するための構成に限定はない。たとえば、図１における回折格子３の回折角を所定の角度にすることによって、サブビームの反射光を第１の分割線を避けた位置に到達するようにすることができる。この調整は、回折格子３の格子ピッチを所定のピッチに設定することによって行なうことができる。
また、本実施の形態における光集積ユニットは、光源からの光を透過させるための機能と光記録媒体からの反射光を反射光分割手段に導くための機能とを有する光路分離手段を備える。この構成を採用することにより、反射光分割手段を往路の光軸とは避けて配置することができるため、反射光分割手段や光検出器の配置の自由度が向上して、光集積ユニットの設計に対して自由度が大きくなる。さらに、光路分離手段にカー回転角増倍の機能を付与して用いることができ、光磁気信号の検出機能が向上する。光磁気信号ＭＯは、以下の式で得られる。
ＭＯ＝Ｓ７０−（Ｓ７３＋Ｓ７８＋Ｓ７１＋Ｓ７５＋Ｓ７７＋Ｓ７９） …（８）
光路分離手段としては、好ましくは、偏光回折格子を含む。この構成を採用することによって、光路分離手段自体を薄く形成することができ、光集積ユニットの小型化および薄型化を図ることができる。
本発明に基づく光ピックアップ装置は、上述の光集積ユニットを備える。また、本発明に基づく光ディスク装置は、上述の光ピックアップ装置を備える。この構成を採用することによって、小型化を図ることができ、演算器の回路を簡単にした光ピックアップ装置および光ディスク装置を提供することができる。光ディスク装置としては、たとえばＭＤ（ミニディスク装置）や、ＭＯ（光磁気ディスク装置）などに適用することができる。
（実施の形態２）
（構成）
図４を参照して、本発明に基づく実施の形態２における光集積ユニット、光ピックアップ装置および光ディスク装置について説明する。
図４は、本実施の形態における光ディスク装置の断面図である。光ディスク１２に対して光を照射するための半導体レーザ１８と、レーザ光からメインビームＭと１つ以上のサブビームを形成するためのサブビーム形成手段として回折格子３が形成されていることは、実施の形態１における光集積ユニットと同様である。また、パッケージ１６の内部に半導体レーザ１８および光検出器７が配置され、パッケージ１６の上部に硝材１５が形成されていることや、硝材１５の上部に偏光ホログラム１が配置されていることも実施の形態１における光集積ユニットと同様である。
本実施の形態における光路分離手段は、偏光ビームスプリッタ３１を含む。偏光ビームスプリッタ３１は、第１光学媒質３３と第２光学媒質３４との境界面によって形成されている。偏光ビームスプリッタ３１としての境界面は、半導体レーザ１８から発振されるレーザ光の光路において、レーザ光の進行方向に対して４５°の傾きを有するように形成されている。また、発振されて光ディスク１２に向かうレーザ光の光路上に形成されている。偏光ビームスプリッタ３１としての境界面と平行になるように、第１光学媒質３３と第２光学媒質３４との境界面である反射面３２が形成されている。反射面３２は、発振されて光ディスク１２に向かうレーザ光の光路を避けて形成されている。また、反射面３２は、偏光ホログラム１の真上に配置されている。
その他の構成については、実施の形態１における構成と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。
（作用・効果）
本実施の形態における光集積ユニットにおいて、半導体レーザ１８からレーザ光が発振され、回折格子３によって少なくとも１つのサブビームが形成され、光ディスク１２に照射されることは、実施の形態１における光集積ユニットと同様である。光ディスク１２で反射された反射光は、偏光ホログラム１に導かれ、偏光ホログラム１で分割されて、光検出器７で信号が検出されることも実施の形態１における光集積ユニットと同様である。
半導体レーザ１８から発振したレーザ光は、回折格子３においてサブビームが形成されたのちに、偏光ビームスプリッタ３１を通過する。光ディスク１２からの反射光は、偏光ビームスプリッタ３１に入射してその方向が変えられる。図４においては、反射光の大部分が＋Ｘ方向に光路を変えられる。さらに、反射光は、反射面３２で反射して偏光ホログラム１に向かう。反射光は、偏光ホログラム１の主表面に対して垂直な方向から入射する。反射光は、偏光ホログラム１で分割されて、光検出器７で検出される。
本実施の形態においては、光路分離手段が第１光学媒質３３と第２光学媒質３４とが接する第１の面で形成されている。この構成を採用することにより、周知の硝材を貼り合わせた偏光ビームスプリッタなどで簡単に光路分離手段を形成することができ、光集積ユニットの低価格化に寄与してさらに生産性が向上する。
また、本実施の形態における光集積ユニットは、光路のうち、光路分離手段としての偏光ビームスプリッタと反射光分割手段としての偏光ホログラムとの間に、偏光ビームスプリッタの第１の面と平行になるような第１光学媒質と第２光学媒質とが接する第２の面を含む。この構成を採用することにより、偏光ホログラムに対して反射光を垂直な方向から容易に入射させることができるため、装置の設計が容易になる。また、偏光ホログラムの表面で、反射光が変形しないため、反射光の分割などが容易になる。さらに、偏光ホログラムを主表面が水平になるように形成することができるため、製造工程を簡略化でき、また、製造時の精度が向上する。
その他の作用・効果については実施の形態１における光集積ユニット、光ピックアップ装置および光ディスク装置と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１における光ディスク装置の概略断面図である。 実施の形態１における偏光ホログラムに入射する光の説明図である。 実施の形態１における光検出器および演算部の概略説明図である。 実施の形態２における光ディスク装置の概略断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、従来の技術に基づく光集積ユニットの説明図である。 従来の技術に基づく光集積ユニットのうち、偏光ホログラムに入射する光の説明図である。 従来の技術に基づく光検出器および演算部の概略説明図である。
符号の説明
１ 偏光ホログラム、２ 偏光回折格子、３ 回折格子、４ ０次回折光、５ ＋１次回折光、６ −１次回折光、７ 光検出器、８ 演算部、９ ＋１次回折光、１０ コリメートレンズ、１１ 対物レンズ、１２ 光ディスク、１４，１５ 硝材、１６ パッケージ、１７ 光集積ユニット、１８ 半導体レーザ、２０ 光ピックアップ装置、２１，２２，２３ 減算器、２４ 増幅器、３１ 偏光ビームスプリッタ、３２ 反射面、３３ 第１光学媒質、３４ 第２光学媒質、３５ 光ディスク装置、４０ メインビームＭ、４１ サブビームＡ、４２ サブビームＢ、４５ メインビームＭ入射領域、４６ サブビームＡ入射領域、４７ サブビームＢ入射領域、５１ 第１の分割線、５２ 第２の分割線、６１ ａ領域、６２ ｂ領域、６３ ｃ領域、６４ ｄ領域、６５ ｅ領域、６６ ｆ領域、７０〜７９ 受光部、８０〜８３ 領域、９４，９５，９６，２０４，２０５，２０６ 矢印、１０５ 半導体レーザ、１０６ ３ビーム回折格子、１０７ 複合プリズム、１０７ａ ＰＢＳ面、１０７ｂ 反射ミラー面、１０８ １／４波長板、１０９ ホログラム素子、１１０ 光検出器、１１９ 発振光、１２０ 反射光、１２１〜１２９ 受光部、１９０ 演算部、１９１，１９２，１９４，１９６ 減算器、１９３ 加算器、１９５ 増幅器。

Claims (11)

  1. 光記録媒体に対して光を照射するための光源と、
    前記光からメインビームと１つ以上のサブビームを形成するためのサブビーム形成手段と、
    前記光記録媒体からの反射光を分割するための反射光分割手段と、
    前記反射光を検出するための光検出器と
    を備え、
    前記反射光分割手段は、前記光記録媒体が回転するときの半径方向と光学的に対応する方向に沿って形成された第１の分割線を含み、
    前記メインビームの反射光は前記第１の分割線を境界にして分割され、前記サブビームの反射光は前記第１の分割線を避けた位置に到達するように形成された、光集積ユニット。
  2. 前記反射光分割手段と前記光検出器とは、前記サブビームの反射光が前記第１の分割線を避けた位置に到達するような距離をあけて配置されている、請求項１に記載の光集積ユニット。
  3. 前記反射光分割手段は、前記半径方向と光学的に対応する方向に垂直な方向に形成された第２の分割線を含み、前記メインビームの反射光と前記サブビームの反射光の少なくとも一部とを前記第２の分割線を境界にして分割するように形成された、請求項１に記載の光集積ユニット。
  4. 前記サブビーム形成手段は、ブレーズ化された回折格子を含む、請求項１に記載の光集積ユニット。
  5. 前記サブビーム形成手段と前記光記録媒体との間に配置され、前記光源から前記光記録媒体に向かう光を透過させるための機能と、前記反射光の少なくとも一部を前記反射光分割手段に導くための機能とを有する光路分離手段を備える、請求項１に記載の光集積ユニット。
  6. 前記光路分離手段は、偏光回折格子を含む、請求項５に記載の光集積ユニット。
  7. 前記光路分離手段は、第１光学媒質と第２光学媒質とが接する第１の面で形成された、請求項５に記載の光集積ユニット。
  8. 前記光の経路のうち前記光路分離手段と前記反射光分割手段との間に、前記第１の面と平行になるような前記第１光学媒質と前記第２光学媒質とが接する第２の面を含む、請求項７に記載の光集積ユニット。
  9. 光記録媒体に対して光を照射するための光源と、
    前記光からメインビームと１つ以上のサブビームを形成するためのサブビーム形成手段と、
    前記光記録媒体からの反射光を分割するための反射光分割手段と、
    前記反射光を検出するための光検出器と、
    前記光源から出射された光を前記光記録媒体において集光させるための対物レンズと
    を備え、
    前記反射光分割手段は、前記光記録媒体が回転するときの半径方向と光学的に対応する方向に沿って形成された第１の分割線を含み、
    前記メインビームの反射光は前記第１の分割線を境界にして分割され、前記サブビームの反射光は前記第１の分割線を避けた位置に到達するように形成された、光ピックアップ装置。
  10. 前記反射光分割手段は、前記半径方向と光学的に対応する方向に垂直な方向に形成された第２の分割線を含み、
    前記第２の分割線を境界に前記メインビームの反射光が分割されて形成される２つの分割光の検出信号を演算することにより、第１のトラッキング誤差信号を形成するための手段と、
    前記第２の分割線を境界に前記サブビームの反射光が分割されて形成される２つの分割光の検出信号を演算することにより、第２のトラッキング誤差信号を形成するための手段と、
    前記第１のトラッキング誤差信号と前記第２のトラッキング誤差信号とを用いて演算することにより、第３のトラッキング誤差信号を形成するための手段と
    を備える、請求項９に記載の光ピックアップ装置。
  11. 光記録媒体に対して光を照射するための光源と、
    前記光からメインビームと１つ以上のサブビームを形成するためのサブビーム形成手段と、
    前記光記録媒体からの反射光を分割するための反射光分割手段と、
    前記反射光を検出するための光検出器と、
    前記光集積ユニットから出射された光を前記光記録媒体において集光させるための対物レンズと、
    光磁気記録方式の前記光記録媒体と
    を備え、
    前記反射光分割手段は、前記光記録媒体が回転するときの半径方向と光学的に対応する方向に沿って形成された第１の分割線を含み、
    前記メインビームの反射光は前記第１の分割線を境界にして分割され、前記サブビームの反射光は前記第１の分割線を避けた位置に到達するように形成された、光ディスク装置。
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