JP4053455B2 - 光集積化ユニットおよびそれを備える光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体に情報を記録し、かつ光記録媒体に記録される情報を読取って再生する光ディスク装置に好適に用いられる光集積化ユニットおよびそれを備える光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトディスク（Compact Disk；略称：ＣＤ）およびデジタルバーサタイルディスク（Digital Versatile Disk；略称：ＤＶＤ）などの光記録媒体に情報を記録し、かつ光記録媒体に記録される情報を読取って再生する光ディスク装置において、光記録媒体の偏心に対物レンズを追従させて、ビームスポットが常に目的のトラックの上をトレースするように制御するトラッキングサーボの方式には、３ビーム法およびプッシュプル法がある。しかし、光ディスク装置において３ビーム法およびプッシュプル法を用いた場合には、記録時、再生時およびアクセス時、または光記録媒体の傾きによってオフセットが生じる。このオフセットを除去する方法として、光メモリシンポジウム’８６において、差動プッシュプル（Differential Push−Pull；略称：ＤＰＰ）法が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００３】
近年では、前記ＤＰＰ法を用いてトラッキングサーボを行う光集積化ユニットを備える光ピックアップ装置が提案されており、たとえばＤＶＤ再生装置などの高密度光ディスク装置に前記光ピックアップ装置が用いられている。
【０００４】
図８は、従来の技術における光集積化ユニット１０１の構成を簡略化して示す図である。図８（ａ）は、光集積化ユニット１０１の構成を示す平面図であり、図８（ｂ）は光集積化ユニット１０１の構成を示す断面図である。ここで、図中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、３次元の直交座標軸である。Ｚ軸方向は、図示しないコリメートレンズおよび対物レンズの光軸方向に一致する。Ｘ軸方向は、図示しない光記録媒体の半径方向に一致する。Ｙ軸方向は、図示しない光記録媒体に形成されるトラックの接線方向に一致する。
【０００５】
光集積化ユニット１０１において、半導体レーザ素子１０５から出射されたレーザ光１２０は、３ビーム用回折格子１０６によって０次回折光であるメインビームと、±１次回折光である２つのサブビームとに分割される。メインビームおよび２つのサブビームは、複合プリズム１０７の偏光ビームスプリッタ面（以下、「ＰＢＳ面」と表記する場合がある）１０７ａを透過し、１／４波長板１０８を透過してコリメートレンズへ向かう。コリメートレンズを通過したメインビームおよび２つのサブビームは、対物レンズを通過した後、光記録媒体の情報記録面に集光する。ただし、図８（ｂ）においては、図が煩雑になることを避けかつ理解を容易にするために、２つのサブビーム、コリメートレンズ、対物レンズおよび光記録媒体を省略している。
【０００６】
光記録媒体の情報記録面で反射された前記メインビームおよび２つのサブビームの戻り光１２１は、往路の経路を逆に辿って、対物レンズ、コリメートレンズ、１／４波長板１０８を透過して、複合プリズム１０７に入射する。複合プリズム１０７に入射した戻り光１２１は、複合プリズム１０７のＰＢＳ面１０７ａおよび反射ミラー面１０７ｂによって反射され、ホログラム素子１０９に入射する。ホログラム素子１０９に入射した前記戻り光１２１は、ホログラム素子１０９によって回折され、この回折光が受光素子１１０に入射する。
【０００７】
ここで、半導体レーザ素子１０５から出射されたレーザ光１２０の偏光は、図８に示すＸ方向の直線偏光であり、この直線偏光のレーザ光が１／４波長板１０８に入射すると、円偏光のレーザ光に変換される。光記録媒体の情報記録面において反射されたレーザ光、つまり戻り光１２１は、再度１／４波長板１０８に入射することによって円偏光から、図８に示すＹ方向の直線偏光に変換される。
【０００８】
前述のように、従来技術の光集積化ユニットでは、半導体レーザ素子１０５から出射されたレーザ光１２０を、メインビームおよびサブビームともに、ほぼすべての光を光記録媒体に導くとともに、戻り光のほぼすべての光を受光素子側に導くことができ、光利用効率を向上させることができる構成になっている。
【０００９】
図９は、ホログラム素子１０９および受光素子１１０の素子形状ならびにホログラム素子１０９の各ホログラム領域によって回折された光が入射する受光素子１１０の各受光領域を示す図である。ここで、図中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、３次元の直交座標軸であり、図８に示す軸と同一であるので、説明を省略する。
【００１０】
ホログラム素子１０９は、図９に示すように、Ｘ方向に平行な分割線１０９ｌと、Ｙ方向に平行な分割線１０９ｍとによって、３つのホログラム領域１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃに分割される。
【００１１】
受光素子１１０は、ホログラム素子１０９によって回折された＋１次回折光を受光する受光領域１１０ａ〜１１０ｆと、ホログラム素子１０９によって回折された−１次回折光を受光する受光領域１１０ｇ、１１０ｈおよび１１０ｉとを含んで構成される。以下の説明において、受光素子１１０の各受光領域１１０ａ〜１１０ｉにおける出力信号を、それぞれＳａ〜Ｓｉと表記する。以下の説明において、前記メインビームを「メインビームＭ」、２つのサブビームのうち、一方のサブビームを「サブビームＡ」、他方のサブビームを「サブビームＢ」と表記する場合がある。
【００１２】
従来の技術の光集積化ユニット１０１は、メインビームＭの戻り光のうち、ホログラム素子１０９のホログラム領域１０９ａで回折された＋１次回折光は、受光素子１１０の受光領域１１０ａおよび１１０ｂの分割線１１０ｌ上で検出され、前記ホログラム領域１０９ａで回折された−１次回折光は、前記受光領域１１０ｇで検出されるように構成されている。またメインビームＭの戻り光のうち、ホログラム素子１０９のホログラム領域１０９ｂで回折された−１次回折光は、受光素子１１０の受光領域１１０ｈで検出され、前記ホログラム領域１０９ｃで回折された−１次回折光は、前記受光領域１１０ｉで検出されるように構成されている。
【００１３】
さらに、従来の技術の光集積化ユニット１０１は、サブビームＡの戻り光のうち、ホログラム素子１０９のホログラム領域１０９ｂで回折された＋１次回折光は、受光素子１１０の受光領域１１０ｅで検出され、前記ホログラム領域１０９ｃで回折された＋１次回折光は、前記受光領域１１０ｃで検出されるように構成されている。またサブビームＢの戻り光のうち、前記ホログラム領域１０９ｂで回折された＋１次回折光は、前記受光領域１１０ｆで検出され、前記ホログラム領域１０９ｃで回折された＋１次回折光は、前記受光領域１１０ｄで検出されるように構成されている。
【００１４】
前述のように構成された光集積化ユニット１０１を備える光ピックアップ装置において、受光素子１１０の各受光領域１１０ａ〜１１０ｉによって検出される信号を用いたフォーカス誤差信号（略称：ＦＥＳ）、トラッキング誤差信号（略称：ＴＥＳ）および情報信号（略称：ＲＦ）の演算処理は、以下のように行われる。
【００１５】
ＦＥＳは、
ＦＥＳ＝Ｓａ−Ｓｂ …（１）
によって算出される。
【００１６】
またプッシュプル法によるトラッキング誤差信号（略称：ＴＥＳ１）は、出力信号ＳｈおよびＳｉを用いて、
ＴＥＳ１＝Ｓｈ−Ｓｉ …（２）
によって算出可能であるが、プッシュプル法ではオフセットが発生する。そのため、このオフセットを除去することができるＤＰＰ法が広く用いられている。ＤＰＰ法によるトラッキング誤差信号（略称：ＴＥＳ２）は、サブビームＡのプッシュプル信号（略称：ＴＥＳ（Ａ））とサブビームＢのプッシュプル信号（略称：ＴＥＳ（Ｂ））とを用いて、

によって算出される。
【００１７】
ここで、式（３）に示す係数ｋは、メインビームＭとサブビームＡ，Ｂとの光量比の違いを補正するための定数である。前記メインビームＭとサブビームＡ，Ｂとの光量比が、メインビームＭ：サブビームＡ：サブビームＢ＝ａ：ｂ：ｂ（ａ，ｂ；自然数）であるときの係数ｋは、
ｋ＝ａ／（２ｂ） …（４）
によって与えられる。
【００１８】
ピット情報が記録された光記録媒体を再生するときには、前記出力信号Ｓｈおよび前記出力信号Ｓｉの位相差の変化を検出し、位相差（Differential Phase
Detection；略称：ＤＰＤ）法によって、ＴＥＳを算出することもできる。
【００１９】
また、光記録媒体に記録されたＲＦは、
ＲＦ＝Ｓｈ＋Ｓｇ＋Ｓｉ …（５）
によって算出される（たとえば、特許文献１参照）。
【００２０】
【特許文献１】
特開２００１−２７３６６６号公報
【非特許文献１】
大里潔、「差動プッシュプル法」、光メモリシンポジウム’８６、ｐｐ．１２７−１３２、１９８６年
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
図８（ｂ）に示す半導体レーザ素子１０５から出射されたレーザ光１２０は、図示しない光記録媒体側に進むにつれてビーム径が大きくなるので、同図に示す３ビーム用回折格子１０６を通過した後は、メインビームＭとサブビームＡ，Ｂとがほぼ重なり合う状態で存在している。したがって、半導体レーザ素子１０５から出射されたレーザ光の外形が図８（ｂ）に示すレーザ光１２０であると考えても大差はない。しかし、ビーム径が比較的小さい領域では、メインビームＭとサブビームＡ，Ｂとのずれが顕著になり、前述と異なる状況を呈する。
【００２２】
図１０は、ホログラム素子１０９に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂを示す図である。図中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、３次元の直交座標軸であり、図８に示す軸と同一であるので、説明を省略する。
【００２３】
ビーム径が比較的小さい領域であるホログラム素子１０９付近では、図１０に示すように、ホログラム素子１０９に入射したメインビーム１２１ａと、サブビーム１２１ｂおよびサブビーム１２１ｃとの入射位置は一致せず、サブビーム１２１ｂはメインビーム１２１ａからＹ方向一方側にずれた位置に、サブビーム１２１ｃはメインビーム１２１ａからＹ方向他方側にずれた位置に入射する。
【００２４】
図１１は、図８（ｂ）の切断面線Ｘ’−Ｘ’におけるメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの光の形状を示す図である。図中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、３次元の直交座標軸であり、図８に示す軸と同一であるので、説明を省略する。
【００２５】
図１０に示すメインビーム１２１ａ、サブビーム１２１ｂおよびサブビーム１２１ｃがホログラム素子１０９の３つのホログラム領域１０９ａ〜１０９ｃによって回折された回折光の切断面線Ｘ’−Ｘ’における形状は、図１１に示すようになる。
【００２６】
同図において、光１３０eおよび光１３０ｃは、サブビームＡがホログラム領域１０９ｂおよび１０９ｃにおいて回折された＋１次回折光を示しており、光１３０ｆおよび光１３０ｄは、サブビームＢがホログラム領域１０９ｂおよび１０９ｃにおいて回折された＋１次回折光を示している。光１３０ｌは、メインビームＭがホログラム領域１０９ａにおいて回折された＋１次回折光を示している。また、光１３０ｈ、光１３０ｇおよび光１３０ｉは、メインビームＭがホログラム領域１０９ｂ、１０９ａおよび１０９ｃにおいて回折された−１次回折光を示している。なお、同図において、参照符を付した光は、ＴＥＳの生成およびＲＦの生成などに用いられる光を示しており、参照符を付していない光は、光ピックアップ装置において用いられない光である。
【００２７】
前述の従来技術において、ＴＥＳを検出するときに係数ｋを算出する式（４）は、最終的に受光素子１１０において検出されるサブビームＡ，Ｂの光量比が一定の場合に成立する式である。しかし、従来技術の光集積化ユニットを備える光ピックアップ装置では、サブビームＡ，Ｂ同士の光量比が異なるので、メインビームＭとサブビームＡ，Ｂとの光量比は、メインビームＭ：サブビームＡ：サブビームＢ＝ａ：ｂ１：ｂ２（ａ，ｂ１，ｂ２；自然数）になると考えられ、式（４）の係数ｋは、ｋ’＝ａ／（ｂ１＋ｂ２）によって与えられるべきである。
【００２８】
前述のサブビームＡ，Ｂにおける光量の相違は、図１０に示すように、サブビームＡ１２１ｂおよびサブビームＢ１２１ｃがホログラム素子１０９の分割線１０９ｌによって、ビームスポットの中央で等分割されないことに起因する。前記分割線１０９ｌで分割されることによってサブビームＡ，Ｂの光量に相違が生じる構成であっても、前記光量の相違が常に一定であれば、前述の係数ｋを適当な値に設定することによって、光ピックアップ装置に依存せず、安定したトラッキングサーボが可能となる。しかし、従来技術の光ピックアップ装置では、半導体レーザ素子１０５の組立て誤差、パッケージ、ステムおよびキャップなど筐体部分に関する製造誤差ならびに偏光ビームスプリッタおよび反射ミラーなどの光ピックアップ装置に用いられる光学部品の製造誤差および組立て誤差などの影響を受けて、ホログラム素子１０９上のメインビームＭとサブビームＡ，Ｂとの位置および間隔が、光ピックアップ装置ごとに異なってしまう。
【００２９】
したがって、係数ｋを定めることによって本来有するメインビームＭとサブビームＡ，Ｂとの光量の相違を補正しようとしても、光ピックアップ装置の有する個体差を考慮すると、光ピックアップ装置ごとにサブビームＡ，Ｂの光量比が異なるので、十分に補正することができないという問題がある。これによって、安定したトラッキングサーボを行うことが困難な光ピックアップ装置が製造される場合があるという問題がある。
【００３０】
本発明の目的は、安定したトラッキングサーボが可能な光集積化ユニットおよびそれを備える光ピックアップ装置を提供することである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光を出射する光源と、
光記録媒体によって反射された光を検出する光検出手段と、
光学基板と、
前記光学基板の一方の面に設けられ、前記光源から出射されたレーザ光をメインビームならびに第１のサブビームおよび第２のサブビームに分割する第１の光分割手段と、
前記光学基板の一方の面に、前記第１の光分割手段と間隔をあけて設けられ、光記録媒体によって反射された前記メインビームならびに第１のサブビームおよび第２のサブビームの戻り光を、前記光記録媒体におけるトラックの接線方向であるタンジェンシャル方向に分割して、少なくとも予め定める回折特性の光である透過光と、透過光に対して前記タンジェンシャル方向と直交するラジアル方向にそれる分割光とに分割する第２の光分割手段と、
前記光学基板の他方の面に設けられ、偏光ビームスプリッタ面および反射面を有し、第１の光分割手段からのレーザ光を透過し、光記録媒体によって反射された戻り光を前記変更ビームスプリッタ面で略ラジアル方向に反射し、かつ前記反射面で前記第２の光分割手段に入射させる複合プリズムと、
前記光学基板の一方の面に設けられ、前記第２の光分割手段によって分割された光のうち透過光が入射し、この入射光を、前記ラジアル方向に分割する第３の光分割手段とを含むことを特徴とする光集積化ユニットである。
【００３２】
本発明に従えば、光源から出射されたレーザ光は、第１の光分割手段によって、メインビームならびに第１のサブビームおよび第２のサブビームに分割された後、光記録媒体によって反射される。光記録媒体によって反射されたメインビームならびに第１および第２のサブビームの戻り光は、第２の光分割手段によって、光記録媒体におけるトラックの接線方向であるタンジェンシャル方向に分割される。第２の光分割手段によって分割された光のうち予め定める回折特性の光は、第３の光分割手段に入射して、前記タンジェンシャル方向と直交するラジアル方向に分割される。第２の光分割手段によって分割された光のうち予め定める回折特性の光以外の光および第３の光分割手段によってラジアル方向に分割された光は、光検出手段によって検出される。光検出手段は、たとえば第３の光分割手段によって分割された光に基づいて、トラッキング誤差信号の検出を行う。
【００３３】
第２および第３の光分割手段は光学基板の一方および他方にそれぞれ独立して配置されるので、光記録媒体によって反射された前記戻り光を、前述のように第２および第３の光分割手段を用いて分割させ、トラッキング誤差信号の検出に最適な光を生成することができる。特に、第３の光分割手段は、第２の光分割手段によって分割された光のうち予め定める回折特性の光をラジアル方向に分割するとき、トラッキング誤差信号の検出に用いる前記予め定める回折特性の光におけるメインビームならびに第１および第２のサブビームの形状が同一になるように分割することができる。これによって、トラッキング誤差信号の検出に用いるメインビームならびに第１および第２のサブビームとの光量比を一定に保つことができる。
【００３４】
したがって、前述の光集積化ユニットを用いた光ピックアップ装置が、光源の組立て誤差、筐体部分に関する製造誤差ならびに光学部品の製造誤差および組立て誤差などの影響を受けて、装置ごとに個体差が生じる場合でも、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。また、生成される安定したトラッキング誤差信号を用いることによって、安定したトラッキングサーボを実現可能な光ピックアップ装置を製造することができる。
【００３６】
また第２の光分割手段は、前記戻り光を、少なくとも前記予め定める回折特性の光である０次回折光すなわち透過光と、透過光に対して前記ラジアル方向にそれる分割光とに分割する。透過光に対して前記ラジアル方向にそれる光は、温度変化による波長変動や、第２の光分割手段の製造ばらつきに伴って、透過光に対して前記ラジアル方向にそれる角度にばらつきが生じる。これに対して透過光は、温度変化による波長変動の影響を受けることがなく、第２の光分割手段の製造ばらつきによる影響を受けないので、この透過光を、たとえばトラッキング誤差信号の生成に用いる。前記分割光は、トラッキング誤差信号以外の信号の生成に用いる。
【００３７】
前述のように、温度変化による波長変動の影響を受けることがなく、かつ第２の光分割手段の製造ばらつきによる影響を受けない透過光を、トラッキング誤差信号の生成に用いることによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【００３８】
また本発明は、前記第２の光分割手段は、前記メインビームならびに第１および第２のサブビームの戻り光のすべてを包含する位置に形成されることを特徴とする。
【００３９】
本発明に従えば、第２の光分割手段は、メインビームならびに第１および第２のサブビームのすべての戻り光を包含する位置に形成される。第２の光分割手段は、入射した前記すべての戻り光を、少なくとも予め定める回折特性の光である０次回折光すなわち透過光と、透過光からそれる第１の分割光とに分割し、分割した光のうち透過光は第３の光分割手段に入射する。前述のように、第２の光分割手段は、前記すべての戻り光を包含する位置に形成されるので、前記戻り光に対する光利用効率を向上することができる。また、前記戻り光に対する光利用効率を向上することによって、第２の光分割手段によって分割された透過光が第３の光分割手段に入射したときに、メインビームならびに第１および第２のサブビームの透過光における回折効率を等しく、かつビーム形状に部分的な欠けなどが発生しないようにすることができる。これによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【００４０】
また本発明は、前記第２の光分割手段は、前記透過光の回折効率よりも前記第１の分割光の回折効率が大きくなるように設定されて形成されることを特徴とする。
【００４１】
本発明に従えば、第２の光分割手段は、透過光の回折効率よりも、第１の分割光の回折効率が大きくなるように設定されて形成される。したがって、第１の分割光を、たとえば光記録媒体に記憶されている情報信号の生成に用いる場合に、第１の分割光の光量を透過光の光量よりも増加させることができる。これによって、情報信号の信号対雑音比を向上することができる。
【００４２】
また本発明は、前記第３の光分割手段は、前記第２の光分割手段によって分割された前記透過光を、第２の分割光と第３の分割光とに分割することを特徴とする。
【００４３】
本発明に従えば、第３の光分割手段は、前記第２の光分割手段によって分割された光のうち透過光を、第２の分割光と第３の分割光とに分割する。透過光は、温度変化による波長変動の影響を受けることがなく、かつ第２の光分割手段の製造ばらつきによる影響を受けない。したがって、前記透過光を分割した第２および第３の分割光を、たとえばトラッキング誤差信号の生成に用いることによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【００４４】
また本発明は、前記第２および第３の分割光に基づいてトラッキング誤差信号が生成されることを特徴とする。
【００４５】
本発明に従えば、第３の光分割手段によって分割された第２および第３の分割光に基づいて、トラッキング誤差信号を生成する。第２および第３の分割光は、第３の光分割手段に入射した透過光を分割した光であり、この透過光は、温度変化による波長変動の影響を受けることがなく、かつ第２の光分割手段の製造ばらつきによる影響を受けない光である。したがって、前述のような透過光を分割した第２および第３の分割光を、トラッキング誤差信号の生成に用いることによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【００４６】
また本発明は、前記第１および第２のサブビームにおける前記第２および第３の分割光の光量は等しいことを特徴とする。
【００４７】
本発明に従えば、第２および第３の分割光は、前記第２の光分割手段によって分割された透過光に対して光検出手段の対称な位置に入射するように、光記録媒体のラジアル方向にそれて分割される。このように分割された第２の分割光の光量と第３の分割光の光量とは等しいので、安定した第１および第２のサブビームにおけるサブプッシュプル信号を生成することができる。
【００４８】
また本発明は、前記第１および第２のサブビームにおける第２および第３の分割光の形状は等しいことを特徴とする。
【００４９】
本発明に従えば、第２および第３の分割光は、前記第２の光分割手段によって分割された透過光に対して光検出手段の対称な位置に入射するように、光記録媒体のラジアル方向にそれて分割される。このように分割された第２の分割光の形状と第３の分割光の形状とは等しいので、安定した第１および第２のサブビームにおけるサブプッシュプル信号を生成することができる。
【００５０】
また本発明は、前記メインビームならびに第１および第２のサブビームにおける第２および第３の分割光の形状は等しいことを特徴とする。
【００５１】
本発明に従えば、第２および第３の分割光は、前記第２の光分割手段によって分割された透過光に対して光検出手段の対称な位置に入射するように、光記録媒体のラジアル方向にそれて分割される。このように分割された第２の分割光の形状と第３の分割光の形状とは等しいので、メインビームにおけるメインプッシュプル信号および第１および第２のサブビームにおけるサブプッシュプル信号の強度比を一定に保つことができる。したがって、安定したメインプッシュプル信号および安定したサブプッシュプル信号を得ることができる。
【００５２】
また本発明は、前記第３の光分割手段は、前記第２の光分割手段よりも前記光検出手段側に設けられることを特徴とする。
【００５３】
本発明に従えば、第３の光分割手段は、第２の光分割手段よりも光検出手段側に設けられる。これによって、第２の光分割手段によって分割された第１の分割光を、第２の光分割手段によって分割された透過光からより遠くに離れたラジアル方向一方にそれる構成にしている。これによって、第２の光分割手段を僅かに回転させるだけで、第１の分割光の光検出手段上での位置を大きく移動させる作用が生じるので、フォーカスオフセット調整を行うときの第２の光分割手段の回転量が少なくて済む。したがって、トラッキング誤差信号の生成に用いる光が非対称に分割されることによる不要なオフセットの発生およびトラッキング誤差信号の生成に必要なプッシュプル成分の低下を防止することができる。これによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【００５４】
また本発明は、前記第２の光分割手段は、回折格子によって構成されることを特徴とする。
【００５５】
本発明に従えば、第２の光分割手段は回折格子によって構成されるので、たとえばフォトリソグラフィ技術および射出成型を用いることによって容易に形成することができる。また、他の光分割手段も回折格子で作製することができるので、設計の自由度を高くすることができる。これによって、回折格子で作製した光分割手段を一体的に形成することができる。また光分割手段を一体的に形成することによって、光集積化ユニットの製造時における光学部品の部品点数および組立て工程数が削減されるとともに、光軸調整などの光学的調整作業も簡素化することができる。
【００５６】
また本発明は、前記第３の光分割手段は、回折格子によって構成されることを特徴とする。
【００５７】
本発明に従えば、第３の光分割手段は回折格子によって構成されるので、たとえばフォトリソグラフィ技術および射出成型を用いることによって容易に形成することができる。また、他の光分割手段も回折格子で作製することができるので、設計の自由度を高くすることができる。これによって、回折格子で作製した光分割手段を一体的に形成することができる。また光分割手段を一体的に形成することによって、光集積化ユニットの製造時における光学部品の部品点数および組立て工程数が削減されるとともに、光軸調整などの光学的調整作業も簡素化することができる。
【００５８】
また本発明は、前記光集積化ユニットと、
前記光源から出射されたレーザ光を、光記録媒体の情報記録面に集光させる集光手段とを含むことを特徴とする光ピックアップ装置である。
【００５９】
本発明に従えば、前記光集積化ユニットおよび集光手段を組み合わせて光ピックアップ装置が構成される。光集積化ユニットは、安定したトラッキング誤差信号を生成することができるので、安定したトラッキングサーボを行うことができる光ピックアップ装置を実現することができる。
【００６０】
また本発明は、前記第３の光分割手段によって分割された第２および第３の分割光の光検出手段における出力信号に基づいて、トラッキング誤差信号が生成されることを特徴とする。
【００６１】
本発明に従えば、第３の光分割手段によって分割された第２および第３の分割光の光検出手段における出力信号に基づいて、トラッキング誤差信号を生成する。第２および第３の分割光は、第３の光分割手段に入射した透過光を分割した光であり、この透過光は、温度変化による波長変動の影響を受けることがなく、かつ第２の光分割手段の製造ばらつきによる影響を受けない光である。したがって、前述のような透過光を分割した第２および第３の分割光の光検出手段における出力信号を、トラッキング誤差信号の生成に用いることによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【００６２】
また本発明は、前記光検出手段は、
前記第３の光分割手段によってラジアル方向に分割された前記メインビームの一方の光および他方の光の前記光検出器における出力信号の差信号である第１の差信号と、
前記第３の光分割手段によってラジアル方向に分割された前記第１のサブビームの一方の光および他方の光の前記光検出器における出力信号の差信号である第２の差信号と、
前記第３の光分割手段によってラジアル方向に分割された前記第２のサブビームの一方の光および他方の光の前記光検出器における出力信号の差信号である第３の差信号とを検出し、
前記検出された第１の差信号と、前記第２および第３の差信号の和との差に基づいてトラッキング誤差信号が生成されることを特徴とする。
【００６３】
本発明に従えば、第１の差信号、第２の差信号および第３の差信号を用いて、第１の差信号と、前記第２および第３の差信号の和との差を算出することによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。このようにして生成される安定したトラッキング誤差信号を用いることによって、安定したトラッキングサーボを行うことができる光ピックアップ装置を実現することができる。
【００６４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である光集積化ユニット２を備える光ピックアップ装置１の構成を簡略化して示す断面図である。図２は、３ビーム用回折格子６を示す平面図である。図３は、タンジェンシャル方向分割回折格子９を示す平面図である。図４は、ラジアル方向分割回折格子１０を示す平面図である。光ピックアップ装置１は、光集積化ユニット２、コリメートレンズ３および対物レンズ４を含んで構成される。光集積化ユニット２は、半導体レーザ素子５、３ビーム用回折格子６、複合プリズム７、１／４波長板８、タンジェンシャル方向分割回折格子９、ラジアル方向分割回折格子１０、光検出器１１、ステム１２、サブマウント１３、キャップ１４および光学基板１５を含んで構成される。
【００６５】
光ピックアップ装置１は、光記録媒体１６の情報記録面に記録された情報を光学的に読取る処理および光記録媒体１６の情報記録面に情報を光学的に記録する処理の少なくとも一方の処理を行う装置である。光記録媒体１６は、たとえばコンパクトディスク（Compact Disk；略称：ＣＤ）、コンパクトディスク−レコーダブル／リライタブル（Compact Disk-Recordable/Rewritable；略称：ＣＤ−Ｒ／ＲＷ）およびデジタルバーサタイルディスク（Digital Versatie Disk；略称：ＤＶＤ）などである。
【００６６】
ここで、図中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、３次元の直交座標軸である。Ｚ軸方向は、コリメートレンズ３および対物レンズ４の光軸方向に一致する。Ｘ軸方向は、光記録媒体１６の半径方向に一致する。Ｙ軸方向は、光記録媒体１６に形成されるトラックの接線方向に一致する。以下の実施形態の説明において、Ｘ軸方向を「ラジアル方向」、Ｙ軸方向を「タンジェンシャル方向」と表記する場合がある。
【００６７】
コリメートレンズ３は、入射光を平行光に変換する。対物レンズ４は、入射光を光記録媒体１６の情報記録面に集光させる。半導体レーザ素子５は、光ピックアップ装置１における光源である。３ビーム用回折格子６は、図２に示すように、Ｘ−Ｙ平面上で長方形状であって、格子溝の方向とラジアル方向とが一致するように形成される。３ビーム用回折格子６は、入射されるレーザ光を、１つのメインビームと２つのサブビームとに分割する。以下の説明において、前記メインビームを「メインビームＭ」、前記２つのサブビームのうち、一方のサブビームを「サブビームＡ」、他方のサブビームを「サブビームＢ」と表記する場合がある。
【００６８】
複合プリズム７は、偏光ビームスプリッタ面７ａを有する偏光ビームスプリッタと反射面７ｂを有する反射ミラーとを含んで構成される。１／４波長板８は、直線偏光の光が入射されると円偏光の光に変換して出射し、円偏光の光が入射されると直線偏光の光に変換して出射する。
【００６９】
タンジェンシャル方向分割回折格子（以下、単に「タンジェンシャル回折格子」と表記する場合がある）９は、図３に示すように、ラジアル方向に延在する分割線９ａによってタンジェンシャル方向に分割された２つの領域９ｂ，９ｃを有する。タンジェンシャル回折格子９は、入射光を０次回折光として透過する透過光と、０次回折光とは異なる方向へ回折する±ｎ次回折光（ｎは自然数である）とに分割する。前記領域（以下、「格子領域」と表記する場合がある）９ｂ，９ｃは、それぞれ回折特性が異なる回折格子によって構成されており、各格子領域９ｂ，９ｃにおける０次回折光と±ｎ次回折光との回折効率は一定で、かつ格子領域９ｂ，９ｃにおける回折効率が等しくなるように設計される。
【００７０】
ラジアル方向分割回折格子（以下、単に「ラジアル回折格子」と表記する場合がある）１０は、図４に示すように、タンジェンシャル方向に延在する分割線１０ａによってラジアル方向に分割された２つの領域１０ｂ，１０ｃを有する。ラジアル回折格子１０は、入射光を＋１次回折光と−１次回折光とに分割する。前記領域（以下、「格子領域」と表記する場合がある）１０ｂ，１０ｃは、それぞれ回折特性が異なる回折格子によって構成される。
【００７１】
ここで、ラジアル回折格子１０には、後述するように、タンジェンシャル回折格子９における０次回折光２３が入射し、この０次回折光２３がトラッキング誤差信号の検出に用いられる。そこで、前記タンジェンシャル回折格子９は、図３に示すように、前記戻り光であるメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂをすべて覆う位置に形成され、メインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂが同形状でラジアル回折格子１０に入射するように構成される。
【００７２】
光検出器１１は、タンジェンシャル回折格子９によって回折された±ｎ次回折光のうちの±１次回折光と、ラジアル回折格子１０によって回折された±１次回折光とを受光する複数の受光領域を有する。光検出器１１では、各受光領域から出力される信号に基づいて、フォーカス誤差信号（以下、「ＦＥＳ」と表記する場合がある）、トラッキング誤差信号（以下、「ＴＥＳ」と表記する場合がある）および光記録媒体１６の情報記録面に記録された情報信号（以下、「ＲＦ」と表記する場合がある）の検出を行う。
【００７３】
本実施形態において、３ビーム用回折格子６は第１の光分割手段、タンジェンシャル回折格子９は第２の光分割手段、ラジアル回折格子１０は第３の光分割手段であり、光検出器１１は光検出手段である。
【００７４】
半導体レーザ素子５および光検出器１１は、ステム１２上に設けられるサブマウント１３に設けられる。本実施形態において、半導体レーザ素子５は、図１に示すように、サブマウント１３のタンジェンシャル方向他方の面に設けられ、光検出器１１は、サブマウント１３のＺ軸方向一方の面に設けられる。キャップ１４は、半導体レーザ素子５および光検出器１１と外部との物理的接触を避けるために、半導体レーザ素子５および光検出器１１を封止する封止部材であり、ステム１２のＺ軸方向一方の面に装着される。これによって、半導体レーザ素子５および光検出器１１は図１に示すように、ステム１２およびキャップ１４によって密封される。
【００７５】
キャップ１４のＺ軸方向一方の面には、直方体状の光学基板１５が設けられる。光学基板１５のＺ軸方向他方の面１５ａには、３ビーム用回折格子６とラジアル回折格子１０とが間隔をあけて形成される。光学基板１５のＺ軸方向一方の面１５ｂで、かつラジアル回折格子１０と対向する位置には、タンジェンシャル回折格子９が形成される。光学基板１５のＺ軸方向一方の面１５ｂには、直方体状の複合プリズム７が設けられる。複合プリズム７のＺ軸方向一方の面には、１／４波長板８が設けられる。
【００７６】
半導体レーザ素子５から出射された直線偏光のレーザ光は、３ビーム用回折格子６に入射して、０次回折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に、略タンジェンシャル方向に分割される。前記レーザ光が分割される方向は、図１において、紙面の略奥行き方向となる。したがって図１では、理解を容易にするために、メインビームＭのみを記載している。ここで、用語「略タンジェンシャル方向」は、タンジェンシャル方向を含み、用語「略奥行き方向」は、奥行き方向を含む。
【００７７】
前記３ビーム用回折格子６を通過したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂ（以下、メインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂは、単に「レーザ光」と表記する場合がある）は、複合プリズム７の偏光ビームスプリッタ面（以下、「ＰＢＳ面」と表記する場合がある）７ａを透過し、１／４波長板８に入射する。１／４波長板８に入射した直線偏光のレーザ光は、円偏光のレーザ光に変換されて、コリメートレンズ３に入射する。コリメートレンズ３に入射した円偏光のレーザ光は、平行光に変換される。平行光に変換された前記レーザ光は、対物レンズ４を通過して光記録媒体１６の情報記録面に集光する。
【００７８】
光記録媒体１６の情報記録面で反射されたレーザ光（以下、「戻り光」と表記する場合がある）は、対物レンズ４およびコリメートレンズ３を通過した後、１／４波長板８に入射する。１／４波長板８に入射した円偏光の戻り光は、半導体レーザ素子５から出射された直線偏光とは偏光方向が９０度異なる直線偏光に変換される。１／４波長板８を通過した戻り光は、複合プリズム７のＰＢＳ面７ａで略ラジアル方向に反射され、反射面７ｂで略Ｚ軸他方方向に反射される。
【００７９】
前記反射面７ｂで反射された戻り光は、タンジェンシャル回折格子９に入射する。タンジェンシャル回折格子９に入射した戻り光は、透過光である０次回折光２３と±ｎ次回折光とに分割される。０次回折光２３は、ラジアル回折格子１０に入射し、±ｎ次回折光のうち、＋１次回折光２１および−１次回折光２２は、ラジアル回折格子１０には入射せずに、光検出器１１の所定の受光領域に入射する。
【００８０】
本実施形態におけるタンジェンシャル回折格子９は、メインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂのすべての戻り光を包含する位置に形成される。タンジェンシャル回折格子９は、入射した前記すべての戻り光を、少なくとも予め定める回折特性の光である０次回折光２３と、０次回折光２３からラジアル方向にそれる＋１次回折光とに分割し、分割した光のうち０次回折光２３はラジアル回折格子１０に入射する。前述のように、タンジェンシャル回折格子９は、前記すべての戻り光を包含する位置に形成されるので、前記戻り光に対する光利用効率を向上することができる。また、前記戻り光に対する光利用効率を向上することによって、タンジェンシャル回折格子９によって分割された０次回折光がラジアル回折格子１０に入射したときに、メインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの０次回折光における回折効率を等しく、かつビーム形状に部分的な欠けなどが発生しないようにすることができる。これによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【００８１】
また、本実施形態では、タンジェンシャル回折格子９によって回折されずに透過する０次回折光２３を、ラジアル回折格子１０に入射させる構成にしている。タンジェンシャル回折格子９によって回折された±１次回折光２１，２２は、温度変化による波長変動や格子ピッチの製造ばらつきなどによって、回折光の回折角度にばらつきを生じやすい。このような回折角度にばらつきを生じやすい±１次回折光２１，２２を、ラジアル回折格子１０に入射させると、ラジアル回折格子１０によって回折される回折光に対しても前記回折角度のばらつきによる影響を与えることになる。これに対して、０次回折光２３は、温度変化による波長変動や格子ピッチの製造ばらつきなどによって、回折光の回折角度にばらつきが生じるなどの影響を受けないので、この０次回折光２３がラジアル回折格子１０に入射しても、ラジアル回折格子１０によって回折される回折光に悪影響を与えない。したがって、タンジェンシャル回折格子９によって回折された±１次回折光２１，２２ではなく、回折されずに透過した０次回折光２３を、ラジアル回折格子１０に入射させるのが好ましい。
【００８２】
前述のように、温度変化による波長変動の影響を受けることがなく、かつタンジェンシャル回折格子９の製造ばらつきによる影響を受けない０次回折光２３を、たとえばトラッキング誤差信号の生成に用いることによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【００８３】
図１では、前記０次回折光２３と、前記格子領域９ｂおよび９ｃで回折された＋１次回折光２１ならびに前記格子領域９ｂおよび９ｃで回折された−１次回折光２２とを記載している。
【００８４】
前記タンジェンシャル回折格子９を透過した０次回折光２３は、ラジアル回折格子１０に入射する。ラジアル回折格子１０に入射した０次回折光２３は、＋１次回折光２５および−１次回折光２６に分割される。この分割された＋１次回折光２５および−１次回折光２６は、光検出器１１に入射する。本実施形態では、前記＋１次回折光２５および−１次回折光２６の回折効率を向上させるために、ラジアル回折格子１０における０次回折光を殆ど発生させないような回折特性を有するラジアル回折格子１０を用いている。
【００８５】
前述のように本実施形態では、３ビーム用回折格子６およびラジアル回折格子１０は、光学基板１５のＺ軸方向他方の面１５ａに形成され、タンジェンシャル回折格子９は、光学基板１５のＺ軸方向一方の面１５ｂに形成される。具体的には、３ビーム用回折格子６、タンジェンシャル回折格子９およびラジアル回折格子１０は、硝材を光学基板１５としてフォトリソグラフィ技術を用いて形成することができる。また樹脂材料を光学基板１５として射出成形によって形成することもできる。
【００８６】
このように、３ビーム用回折格子６、タンジェンシャル回折格子９およびラジアル回折格子１０を、光学基板１５に一体に形成することができる。これによって、光集積化ユニット２の製造時における光学部品の部品点数および組立て工程数が削減されるとともに、光軸調整などの光学的調整作業も簡素化することができる。
【００８７】
図５は、タンジェンシャル回折格子９およびラジアル回折格子１０によって回折され、光検出器１１に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの形状を示す図である。図５（ａ）は、タンジェンシャル回折格子９によって回折され、光検出器１１に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの−１次回折光の形状を示す図であり、図５（ｄ）はタンジェンシャル回折格子９によって回折され、光検出器１１に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの＋１次回折光の形状を示す図である。図５（ｂ）は、ラジアル回折格子１０によって回折され、光検出器１１に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの−１次回折光の形状を示す図であり、図５（ｄ）はラジアル回折格子１０によって回折され、光検出器１１に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの＋１次回折光の形状を示す図である。ここで、図中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、３次元の直交座標軸であり、図１に示す軸と同一であるので、説明を省略する。
【００８８】
本実施形態において、図５の各光を示す参照符は、以下のように表記している。タンジェンシャル回折格子９に関しては、タンジェンシャル回折格子９の格子領域を示す参照符「９ｂ」、「９ｃ」の添え字「ｂ」、「ｃ」と、タンジェンシャル回折格子９によって回折された＋１次回折光を示す参照符「２１」および−１次回折光を示す参照符「２２」と、メインビームを示す参照符「Ｍ」ならびに第１および第２のサブビームを示す参照符「Ａ」、「Ｂ」とをそれぞれ複合して表記している。
【００８９】
ラジアル回折格子１０に関しては、ラジアル回折格子１０の格子領域１０ｂによって回折された＋１次回折光を示す参照符「２５」およびラジアル回折格子１０の格子領域１０ｃによって回折された−１次回折光を示す参照符「２６」と、メインビームを示す参照符「Ｍ」ならびに第１および第２のサブビームを示す参照符「Ａ」、「Ｂ」とをそれぞれ複合して表記している。たとえば、図５（ａ）の参照符「２２Ｍｂ」は、タンジェンシャル回折格子９の格子領域９ｂによって回折されたメインビームＭの−１次回折光２２であることを示す。光検出器１１の各受光領域における出力信号は、受光領域を示す参照符の前に「Ｓ」を付記する。図５において、丸括弧「（ ）」を付した参照符で示される光は、本実施形態において信号検出には用いない光であることを表しているが、丸括弧を付した参照符で示される光を、信号検出に用いる構成にしてもよい。
【００９０】
次に、トラッキング誤差信号の算出形態について説明する。ラジアル回折格子１０の格子領域１０ｂ，１０ｃにおける＋１次回折光２５および−１次回折光２６には、光記録媒体１６の案内溝で生じる光の回折による変調成分が含まれている。ラジアル回折格子１０によって回折されたメインビームＭの＋１次回折光２５Ｍが検出される光検出器１１の受光領域３１およびラジアル回折格子１０によって回折されたメインビームＭの−１次回折光２６Ｍが検出される光検出器１１の受光領域３６の出力信号を、それぞれＳ３１，Ｓ３６と表記すると、出力信号Ｓ３１と出力信号Ｓ３６との差によってメインビームＭのプッシュプル信号（略称：ＭＰＰ）が算出される。すなわちＭＰＰは、
ＭＰＰ＝Ｓ３１−Ｓ３６ …（６）
によって算出される。
【００９１】
さらにサブビームＡ，Ｂは、前記メインビームＭの＋１次回折光２５Ｍが有する変調成分の位相に対して、ラジアル回折格子１０によって回折されたサブビームＡ，Ｂの＋１次回折光２５Ａ，２５Ｂの変調成分の位相が１８０度異なるように、光記録媒体１６の案内溝に照射される。また前記メインビームＭの−１次回折光２６Ｍが有する変調成分の位相に対して、ラジアル回折格子１０によって回折されたサブビームＡ，Ｂの−１次回折光２６Ａ，２６Ｂの変調成分の位相が１８０度異なるように、光記録媒体１６の案内溝に照射される。
【００９２】
したがって、前記＋１次回折光２５Ａ，２５Ｂおよび前記−１次回折光２６Ａ，２６Ｂが検出される受光領域３０，３２，３５，３７における出力信号をそれぞれＳ３０，Ｓ３２，Ｓ３５，Ｓ３７と表記すると、出力信号Ｓ３０と出力信号Ｓ３５との差および出力信号Ｓ３２と出力信号Ｓ３７との差は、前記ＭＰＰに対して逆相のプッシュプル成分となる。
【００９３】
ここで、トラッキングサーボを行うときに、対物レンズ４がラジアル方向に移動することによって生じるオフセットは、前記ラジアル回折格子１０によって回折されたメインビームＭの＋１次回折光２５Ｍ、および前記ラジアル回折格子１０によって回折されたサブビームＡ，Ｂの＋１次回折光２５Ａ，２５Ｂ同士で同様に生じる。また、前記ラジアル回折格子１０によって回折されたメインビームＭの−１次回折光２６Ｍ、および前記ラジアル回折格子１０によって回折されたサブビームＡ，Ｂの−１次回折光２６Ａ，２６Ｂ同士でも同様に生じる。
【００９４】
以上のことから、出力信号Ｓ３０と出力信号Ｓ３５との差および出力信号Ｓ３２と出力信号Ｓ３７との差は、前記ＭＰＰに対してプッシュプル成分が逆相で、かつオフセット成分が同符号となる。
【００９５】
したがって、差動プッシュプル（Differential Push−Pull；略称：ＤＰＰ）法によるトラッキング誤差信号は、式（６）を用いて、

によって算出される。
【００９６】
ここで、式（７）における係数ｋについて説明する。係数ｋは、メインビームＭとサブビームＡ，Ｂとの光量比を補正する定数である。本実施形態において、３ビーム用回折格子６において分割されるメインビームＭとサブビームＡ，Ｂとの光量比は、メインビームＭ：サブビームＡ：サブビームＢ＝１０：１：１となるように構成されるとともに、ＴＥＳを検出するときには、同一の回折効率に設定されたラジアル回折格子１０の格子領域１０ｂ，１０ｃの回折光を用いているので、係数ｋは、ｋ＝１０／（１＋１）＝５となる。このように定めた係数ｋを代入した式（７）を用いることによって、ＭＰＰに生じる対物レンズ４の移動によるオフセット成分を相殺することができる。
【００９７】
図６は、ラジアル回折格子１０に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂのビーム径および位置を示す図である。図６（ａ）は、メインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂのビーム径が拡大したときを示す図であり、図６（ｂ）はメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂのビーム径が縮小したときを示す図であり、図６（ｃ）はメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの位置ずれを示す図である。ここで、図中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、３次元の直交座標軸であり、図１に示す軸と同一であるので、説明を省略する。
【００９８】
光ピックアップ装置１において、半導体レーザ素子５の組立て誤差や、ステム１２およびキャップ１４などの筐体部分に関する製造誤差、偏光ビームスプリッタおよび反射ミラーなどの光学部品の製造誤差ならびに組立て誤差の影響を受けると、ラジアル回折格子１０に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂは、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、ビーム径およびビーム位置などが光ピックアップ装置ごとに異なり、装置のばらつきが生じる。たとえば、図６（ａ）に示すように、メインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂのビーム径が、正常なビーム径に比べて拡大されてしまう光ピックアップ装置や、図６（ｂ）に示すように、メインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂのビーム径が、正常なビーム径に比べて縮小されてしまう光ピックアップ装置が製造される場合がある。また図６（ｃ）に示すように、メインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの入射位置が、タンジェンシャル方向一方にずれてしまう光ピックアップ装置が製造される場合もある。
【００９９】
前述のように本実施形態によれば、タンジェンシャル回折格子９およびラジアル回折格子１０は独立して配置されるので、光記録媒体１６によって反射された戻り光を、タンジェンシャル回折格子９およびラジアル回折格子１０を用いて分割させ、トラッキング誤差信号の検出に最適な光を生成することができる。特に、前記ラジアル回折格子１０は、タンジェンシャル回折格子９によって分割された光のうち０次回折光２３を、メインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの＋１次回折光２５Ｍ，２５Ａ，２５ＢならびにメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの−１次回折光２６Ｍ，２６Ａ，２６Ｂの形状が同一になるように分割することができる。本実施形態では、前記０次回折光２３が常に半円形状に分割されて互いに同形状を維持することによって、トラッキング誤差信号の検出に用いる光である＋１次回折光２５および−１次回折光２６におけるメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂとの光量比を一定に保つことができる。
【０１００】
したがって、光集積化ユニット２を用いた光ピックアップ装置１が、半導体レーザ素子５の組立て誤差、ステム１２およびキャップ１４などの筐体部分に関する製造誤差ならびに偏光ビームスプリッタおよび反射ミラーなどの光学部品の製造誤差および組立て誤差などの影響を受けて、装置ごとに個体差が生じる場合でも、前述の式（４）における係数ｋが装置ごとにばらつくことがなくなり、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。また、生成される安定したトラッキング誤差信号を用いることによって、安定したトラッキングサーボを実現可能な光ピックアップ装置を製造することができる。
【０１０１】
また本実施形態では、ラジアル回折格子１０によって分割された＋１次回折光２５の光量と−１次回折光２６の光量とは等しくなるように構成している。これによって、安定したサブビームＡ，Ｂにおけるサブプッシュプル信号を生成することができる。また本実施形態では、ラジアル回折格子１０によって分割された＋１次回折光２５の光検出器１１における形状と−１次回折光２６の光検出器１１における形状とが等しくなるように構成しているので、安定したサブビームＡ，Ｂにおけるサブプッシュプル信号を生成することができる。
【０１０２】
さらに本実施形態では、ラジアル回折格子１０によって分割された＋１次回折光２５の光検出器１１における形状と−１次回折光２６の光検出器１１における形状とが等しくなるように構成している。これによって、メインビームＭにおけるメインプッシュプル信号およびサブビームＡ，Ｂにおけるサブプッシュプル信号の強度比を一定に保つことができる。したがって、安定したメインプッシュプル信号および安定したサブプッシュプル信号を生成することができる。
【０１０３】
前述のように本実施形態では、安定したメインプッシュプル信号および安定したサブプッシュプル信号を生成することができ、これらの安定した信号を用いることによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【０１０４】
次に、本実施形態におけるフォーカス誤差信号の算出形態について説明する。本実施形態では、ラジアル回折格子１０を、タンジェンシャル回折格子９と光検出器１１との間に配置している。前記タンジェンシャル回折格子９の少なくとも格子領域９ｂは、ホログラム素子によって構成されており、格子領域９ｂによって回折されたメインビームＭの＋１次回折光２１Ｍｂは、光検出器１１の受光領域３３，３４の分割線上に集光されるように構成されている。ただし図５では、便宜上、焦点位置をずらした状態を示している。したがって、前記＋１次回折光２１Ｍｂを、前記受光領域３３，３４の分割線上で受光し、受光領域３３，３４における出力信号をＳ３３，Ｓ３４と表記すると、フォーカス誤差信号は、出力信号Ｓ３３と出力信号Ｓ３４との差によって算出される。すなわちＦＥＳは、
ＦＥＳ＝Ｓ３３−Ｓ３４ …（８）
によって算出される。
【０１０５】
次に、光ピックアップ装置における焦点位置調整について説明する。光集積化ユニット２を構成する各光学部品が有している寸法公差およびそれらの組立て公差などの影響によって、光記録媒体１６におけるレーザ光の焦点位置に、ばらつきが生じる。したがって、光集積化ユニット２の組立時には、前記焦点位置の調整（以下、「フォーカスオフセット調整」と表記する場合がある）を行う必要がある。このフォーカスオフセット調整は、タンジェンシャル回折格子９を、図１に示す反射光の光軸Ｚ１のまわりに回転し、光検出器１１上の受光領域３３，３４の分割線上に入射する光２１Ｍｂ（図５参照）の位置を移動することによって行う。
【０１０６】
図７は、ラジアル回折格子１０によって回折され、光検出器１１に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの形状を示す図である。ここで、図中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、３次元の直交座標軸であり、図１に示す軸と同一であるので、説明を省略する。図７では、理解を容易にするために、ＴＥＳの生成に関わる回折光および受光領域のみを示し、他の回折光および受光領域は省略している。
【０１０７】
タンジェンシャル回折格子９とラジアル回折格子１０とは、共に、光学基板１５に一体に形成されるので、タンジェンシャル回折格子９を回転することによってラジアル回折格子１０も同様に回転する。タンジェンシャル回折格子９を過度に回転すると、光検出器１１の受光領域３０〜３２および受光領域３５〜３７上の光は、図７に示すように、ラジアル方向に非対称に分割される。これによって、不要なオフセットの発生およびＴＥＳに必要なプッシュプル成分の低下を引き起こしてしまうことがある。
【０１０８】
本実施形態では、タンジェンシャル回折格子９を、ラジアル回折格子１０よりもＺ軸方向において上部に設けて、前記受光領域３３，３４の分割線上に入射する光２１Ｍｂを、前記光軸Ｚ１からラジアル方向一方のより遠くに回折させる構成にしている。これによって、タンジェンシャル回折格子９を、前記光軸Ｚ１まわりに僅かに回転、たとえば回転角度が略１度となるように回転させるだけで、前記光２１Ｍｂの位置を大きく移動させる作用を生じさせることができる。換言すれば、フォーカスオフセット調整を行うときに必要なタンジェンシャル回折格子９の回転量は少なくて済む。
【０１０９】
したがって、ＴＥＳを生成するための光２５Ｍ，２５Ａ，２５Ｂ；２６Ｍ，２６Ａ，２６Ｂが、前記回転によってラジアル方向に非対称に分割されることを防止することができる。これによって、不要なオフセットの発生およびトラッキング誤差信号の生成に必要なプッシュプル成分の低下を防止することができる。また、フォーカスオフセット調整に要するタンジェンシャル回折格子９の回転量は少ないので、回折光の光量変化は極めて少ない。したがって、より安定したトラッキング誤差信号を取得することができる。
【０１１０】
情報信号は、図５に示す受光領域３３，３４，３８における出力信号Ｓ３３，Ｓ３４，Ｓ３８の和によって算出される。すなわちＲＦは、
ＲＦ＝Ｓ３３＋Ｓ３４＋Ｓ３８ …（９）
によって算出される。
【０１１１】
ＲＦは、前述の方法に限らず、たとえばタンジェンシャル回折格子９によって回折された−１次回折光２２Ｍｂ，２２Ｍｃを検出することによって得られる出力信号の和に基づいて算出してもよい。
【０１１２】
また本実施形態では、タンジェンシャル回折格子９は、０次回折光２３の回折効率よりも、＋１次回折光２１の回折効率が大きくなるように設定されて形成される。これによって、＋１次回折光２１を、光記録媒体１６に記憶されているＲＦの生成に用いる場合に、＋１次回折光２１の光量を０次回折光２３すなわち透過光の光量より増加させることができる。したがって、ＲＦの信号対雑音比（
Signal to Noise ratio；略称：Ｓ／Ｎ比）を向上することができる。
【０１１３】
以上のように前述の光集積化ユニット２は、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。このような光集積化ユニット２を、光ピックアップ装置１に備えることによって、安定したトラッキングサーボを行うことができる光ピックアップ装置を実現することができる。
【０１１４】
前述の実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更してもよい。たとえば、前述の実施形態において、タンジェンシャル回折格子９およびラジアル回折格子１０によって分割された光のうち、フォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号および情報信号などの信号検出に用いられていない光を、各信号を検出するために適宜用いるようにしてもよい。
【０１１５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、トラッキング誤差信号の検出に用いるメインビームならびに第１および第２のサブビームとの光量比を一定に保つことができる。これによって、前述のような光集積化ユニットを用いた光ピックアップ装置が、光源の組立て誤差、筐体部分に関する製造誤差ならびに光学部品の製造誤差および組立て誤差などの影響を受けて、装置ごとに個体差が生じる場合でも、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。また、生成される安定したトラッキング誤差信号を用いることによって、安定したトラッキングサーボを実現可能な光ピックアップ装置を製造することができる。
【０１１６】
また温度変化による波長変動の影響を受けることがなく、かつ第２の光分割手段の製造ばらつきによる影響を受けない透過光を、トラッキング誤差信号の生成に用いることによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【０１１７】
また本発明によれば、第２の光分割手段は、前記すべての戻り光を包含する位置に形成されるので、前記戻り光に対する光利用効率を向上することができる。また、前記戻り光に対する光利用効率を向上することによって、第２の光分割手段によって分割された透過光が第３の光分割手段に入射したときに、メインビームならびに第１および第２のサブビームの透過光における回折効率を等しく、かつビーム形状に部分的な欠けなどが発生しないようにすることができる。これによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【０１１８】
また本発明によれば、第１の分割光を、たとえば光記録媒体に記憶されている情報信号の生成に用いる場合に、第１の分割光の光量を透過光よりも増加させることができる。これによって、情報信号の信号対雑音比を向上することができる。
【０１１９】
また本発明によれば、前記第２の光分割手段によって分割された光のうち透過光は、温度変化による波長変動の影響を受けることがなく、かつ第２の光分割手段の製造ばらつきによる影響を受けない。したがって、前記透過光を分割した第２および第３の分割光を、たとえばトラッキング誤差信号の生成に用いることによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【０１２０】
また本発明によれば、透過光を分割した第２および第３の分割光を、トラッキング誤差信号の生成に用いることによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【０１２１】
また本発明によれば、安定した第１および第２のサブビームにおけるサブプッシュプル信号を生成することができる。
【０１２２】
また本発明によれば、分割された第２の分割光の形状と第３の分割光の形状とは等しいので、安定した第１および第２のサブビームにおけるサブプッシュプル信号を生成することができる。
【０１２３】
また本発明によれば、分割された第２の分割光の形状と第３の分割光の形状とは等しいので、メインビームにおけるメインプッシュプル信号および第１および第２のサブビームにおけるサブプッシュプル信号の強度比を一定に保つことができる。したがって、安定したメインプッシュプル信号および安定したサブプッシュプル信号を得ることができる。
【０１２４】
また本発明によれば、第２の光分割手段を僅かに回転させるだけで、第１の分割光の位置を大きく移動させる作用が生じるので、フォーカスオフセット調整を行うときの第２の光分割手段の回転量が少なくて済む。したがって、トラッキング誤差信号の生成に用いる光が非対称に分割されることによる不要なオフセットの発生およびトラッキング誤差信号の生成に必要なプッシュプル成分の低下を防止することができる。これによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【０１２５】
また本発明によれば、たとえばフォトリソグラフィ技術および射出成型を用いることによって容易に形成することができる。また、他の光分割手段も回折格子で作製することができるので、設計の自由度を高くすることができる。これによって、回折格子で作製した光分割手段を一体的に形成することができる。また光分割手段を一体的に形成することによって、光集積化ユニットの製造時における光学部品の部品点数および組立て工程数が削減されるとともに、光軸調整などの光学的調整作業も簡素化することができる。
【０１２６】
また本発明によれば、光集積化ユニットは、安定したトラッキング誤差信号を生成することができるので、安定したトラッキングサーボを行うことができる光ピックアップ装置を実現することができる。
【０１２７】
また本発明によれば、第２および第３の分割光は、第３の光分割手段に入射した透過光を分割した光であり、この透過光は、温度変化による波長変動の影響を受けることがなく、かつ第２の光分割手段の製造ばらつきによる影響を受けない光である。したがって、前述のような透過光を分割した第２および第３の分割光の光検出手段における出力信号を、トラッキング誤差信号の生成に用いることによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。
【０１２８】
また本発明によれば、第１の差信号、第２の差信号および第３の差信号を用いて、第１の差信号と、前記第２および第３の差信号の和との差を算出することによって、安定したトラッキング誤差信号を生成することができる。これによって、安定したトラッキングサーボを行うことができる光ピックアップ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である光集積化ユニット２を備える光ピックアップ装置１の構成を簡略化して示す断面図である。
【図２】３ビーム用回折格子６を示す平面図である。
【図３】タンジェンシャル方向分割回折格子９を示す平面図である。
【図４】ラジアル方向分割回折格子１０を示す平面図である。
【図５】タンジェンシャル回折格子９およびラジアル回折格子１０によって回折され、光検出器１１に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの形状を示す図である。
【図６】ラジアル回折格子１０に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂのビーム径および位置を示す図である。
【図７】ラジアル回折格子１０によって回折され、光検出器１１に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの形状を示す図である。
【図８】従来の技術における光集積化ユニット１０１の構成を簡略化して示す図である。
【図９】ホログラム素子１０９および受光素子１１０の素子形状ならびにホログラム素子１０９の各ホログラム領域によって回折された光が入射する受光素子１１０の受光領域を示す図である。
【図１０】ホログラム素子１０９に入射したメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂを示す図である。
【図１１】図８（ｂ）の切断面線Ｘ’−Ｘ’におけるメインビームＭおよびサブビームＡ，Ｂの光の形状を示す図である。
【符号の説明】
１ 光ピックアップ装置
２ 光集積化ユニット
３ コリメートレンズ
４ 対物レンズ
５ 半導体レーザ素子
６ ３ビーム用回折格子
７ 複合プリズム
７ａ 偏光ビームスプリッタ面
７ｂ 反射面
８ １／４波長板
９ タンジェンシャル方向分割回折格子
１０ ラジアル方向分割回折格子
９ａ；１０ａ 分割線
９ｂ，９ｃ；１０ｂ，１０ｃ 格子領域
１１ 光検出器
１２ ステム
１３ サブマウント
１４ キャップ
１５ 光学基板
１６ 光記録媒体
２１ タンジェンシャル回折格子によって回折された＋１次回折光
２２ タンジェンシャル回折格子によって回折された−１次回折光
２３ タンジェンシャル回折格子によって回折された０次回折光
２５ ラジアル回折格子によって回折された＋１次回折光
２６ ラジアル回折格子によって回折された−１次回折光
３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８ 受光領域

Claims (14)

1. レーザ光を出射する光源と、
   光記録媒体によって反射された光を検出する光検出手段と、
   光学基板と、
   前記光学基板の一方の面に設けられ、前記光源から出射されたレーザ光をメインビームならびに第１のサブビームおよび第２のサブビームに分割する第１の光分割手段と、
   前記光学基板の一方の面に、前記第１の光分割手段と間隔をあけて設けられ、光記録媒体によって反射された前記メインビームならびに第１のサブビームおよび第２のサブビームの戻り光を、前記光記録媒体におけるトラックの接線方向であるタンジェンシャル方向に分割して、少なくとも予め定める回折特性の光である透過光と、透過光に対して前記タンジェンシャル方向と直交するラジアル方向にそれる分割光とに分割する第２の光分割手段と、
   前記光学基板の他方の面に設けられ、偏光ビームスプリッタ面および反射面を有し、第１の光分割手段からのレーザ光を透過し、光記録媒体によって反射された戻り光を前記変更ビームスプリッタ面で略ラジアル方向に反射し、かつ前記反射面で前記第２の光分割手段に入射させる複合プリズムと、
   前記光学基板の一方の面に設けられ、前記第２の光分割手段によって分割された光のうち透過光が入射し、この入射光を、前記ラジアル方向に分割する第３の光分割手段とを含むことを特徴とする光集積化ユニット。
2. 前記第２の光分割手段は、メインビームならびに第１および第２のサブビームの戻り光のすべてを包含する位置に形成されることを特徴とする請求項１記載の光集積化ユニット。
3. 前記第２の光分割手段は、前記透過光の回折効率よりも前記分割光の回折効率が大きくなるように設定されて形成されることを特徴とする請求項１または２記載の光集積化ユニット。
4. 前記第３の光分割手段は、前記第２の光分割手段によって分割された前記透過光を、第２の分割光と第３の分割光とに分割することを特徴とする請求項１に記載の光集積化ユニット。
5. 前記第２および第３の分割光に基づいてトラッキング誤差信号が生成されることを特徴とする請求項４記載の光集積化ユニット。
6. 前記第１および第２のサブビームにおける前記第２および第３の分割光の光量は等しいことを特徴とする請求項４または５記載の光集積化ユニット。
7. 前記第１および第２のサブビームにおける前記第２および第３の分割光の形状は等しいことを特徴とする請求項４または５記載の光集積化ユニット。
8. 前記メインビームならびに第１および第２のサブビームにおける第２および第３の分割光の形状は等しいことを特徴とする請求項５または６記載の光集積化ユニット。
9. 前記第３の光分割手段は、前記第２の光分割手段よりも前記光検出手段側に設けられることを特徴とする請求項１または４記載の光集積化ユニット。
10. 前記第２の光分割手段は、回折格子によって構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光集積化ユニット。
11. 前記第３の光分割手段は、回折格子によって構成されることを特徴とする請求項１，４，９のいずれか１つに記載の光集積化ユニット。
12. 前記請求項１〜１１のいずれか１つに記載の光集積化ユニットと、
    前記光源から出射されたレーザ光を、光記録媒体の情報記録面に集光させる集光手段とを含むことを特徴とする光ピックアップ装置。
13. 前記第３の光分割手段によって分割された第２および第３の分割光の光検出手段における出力信号に基づいて、トラッキング誤差信号が生成されることを特徴とする請求項１２記載の光ピックアップ装置。
14. 前記光検出手段は、
    前記第３の光分割手段によってラジアル方向に分割された前記メインビームの一方の光および他方の光の前記光検出器における出力信号の差信号である第１の差信号と、
    前記第３の光分割手段によってラジアル方向に分割された前記第１のサブビームの一方の光および他方の光の前記光検出器における出力信号の差信号である第２の差信号と、
    前記第３の光分割手段によってラジアル方向に分割された前記第２のサブビームの一方の光および他方の光の前記光検出器における出力信号の差信号である第３の差信号とを検出し、
    前記検出された第１の差信号と、前記第２および第３の差信号の和との差に基づいて、トラッキング誤差信号が生成されることを特徴とする請求項１３記載の光ピックアップ装置。

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