JP4083720B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光ディスクなどの光記録媒体に情報を記録または再生する際に用いられる光ピックアップ装置に関するものである。
近年、高画質の動画等を記録するために、光ディスクなどの光記録媒体の情報記録容量を高密度化、大容量化すること、さらに、この光ディスクをモバイル用途で使用するために光ピックアップ装置を小型・軽量化することが強く望まれている。
そこで、小型・軽量化の要求に対応して様々な集積化した光ピックアップ装置が提案されている。例えば、特許文献１には、回折素子を用いて、光学系の部品を削減した光ピックアップ装置が提案されている。
ところで、光ディスクには、いわゆる記録可能型の光ディスクと該記録可能型の光ディスクとは構造の異っている再生専用型の光ディスクとが存在する。記録可能型の光ディスクは、光ディスクの情報記録面に予め連続的な案内溝が設けられており、この案内溝に沿って情報信号を記録あるいは消去することが可能な光ディスクである。再生専用型の光ディスクは、情報信号に対応した凹凸ピット列が予め光ディスク上に形成され、光ピックアップ装置はそのピット列から情報信号の再生することだけしかできない光ディスクである。
このような状況下では、当然に同一の光ピックアップ装置でこれらディスク構造の異なる複数種類の光ディスクを制約することなく、自由に記録および／または再生できることが望ましい。
しかしながら、一般に、案内溝が設けられている記録可能型ディスクにとって最適なトラッキング誤差信号（以下、単に「ＴＥＳ」という）の検出方式であるプッシュプル方式は、連続的な案内溝の無いいわゆる再生専用型ディスクに適さず、逆に、再生専用型ディスク用のＴＥＳの検出方式として最も一般的な３スポット方式は、記録可能型ディスクに適用することができない。
つまり、１台の光ピックアップ装置を用いて、記録可能型ディスクと、再生専用型ディスクとを共に記録および／または再生する際には、該光ピックアップ装置で各ディスク構造に適した別個のＴＥＳの検出方式を実現する必要がある。
そこで、特許文献２には、構造の異なる複数種類の光ディスクを制約することなく、自由に記録および／または再生できる光ピックアップ装置が提案されている。具体的には、４分割の回折素子と多分割の光検出器とを組み合わせることにより、ＤＰＤ方式（再生専用型ディスク用のＴＥＳ検出方式）とプッシュプル方式（記録可能型ディスクのＴＥＳ検出方式）との両方でそれぞれＴＥＳを検出することができるようになっている。
ところが、上記特許文献１・２では、いずれも回折素子による２以上の回折光の和信号
を用いてＲＦ信号（特許文献２の「記録情報信号」）を検出しているため、高速対応ができないという問題があった。
すなわち、上記のようにＲＦ信号を得るために回折素子による回折光を使った場合、回折光は、波長変動や公差の影響を受けるので、受光素子上で集光位置が変動することを考慮して、受光部を大きめに設計しておく必要があった。このような受光部面積の制約が、ＲＦ信号の高速再生を制限する要因となっていた。
そこで、ＲＦ信号の高速再生に対応するため、回折光を利用しないでＲＦ信号を検出する技術、すなわち、非回折光を利用してＲＦ信号を検出する技術も開発されている。
しかしながら、ＲＦ信号を回折光を用いて検出する場合であっても、ＲＦ信号を回折光を利用しないで検出する場合であっても、光ピックアップ装置の光学系の調整において、以下のような問題を有している。
すなわち、従来の光ピックアップ装置の場合、例えば受光部が光軸方向にずれている場合、対物レンズが光ディスクに近づいている場合、または対物レンズが光ディスクから遠ざかっている場合などは、フォーカスオフセットが発生する。ここで、フォーカスオフセットの発生とは、フォーカスエラー信号（以下、単に「ＦＥＳ」という）がジャストフォーカス位置、すなわち、合焦点位置からずれた位置で０になってしまうことである。そこで、フォーカスオフセットが発生しないように光学系を調整する必要がある。
このような光学系の調整を従来は、受光部を光軸方向に移動させて行っていた。
特開平２−２７３３３６号公報（１９９０年１１月７日 公開） 特開平１０−１４３８７８号公報（１９９８年５月２９日 公開） 特開２００１−２５０２５０公報（２００１年９月１４日 公開）
しかしながら、受光部を光軸方向に移動させて調整したのでは、空間的な問題等から調整の負担が大きく、正確な調整が困難であった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学系の調整を容易にした光ピックアップ装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の光ピックアップ装置は、光源から出射された光ビームを光記録媒体上に集光する対物レンズと、上記光記録媒体からの反射光を回折させる２以上の領域に分割された回折素子と、この回折素子によって回折された光ビームを受光する受光素子と、を備えており、上記受光素子が、上記回折素子の第１の領域を通過する＋１次回折光を受光するように配置された第１の受光手段と、上記回折素子の第２の領域を通過する−１次回折光を受光するように配置された第２の受光手段と、を有し、上記第１の受光手段と上記第２の受光手段とは、分割領域を有しており、さらに、上記回折素子によって回折されない光ビームの光軸を挟んだ両側に配置されていることを特徴としている。
上記した通り、従来、光ピックアップ装置において例えば受光手段が光軸方向にずれていた場合、フォーカスオフセットが発生するので、フォーカスオフセットの発生をなくすために受光手段を光軸方向に移動させて調整を行っていた。このため、受光手段の調整の負担が大きく、正確な調整が困難であった。
そこで、本願発明者等は、受光手段を光軸方向に移動させることなくフォーカスオフセットの発生をなくすことができないかという点に着眼した。
このような着眼点に基づき、本発明では、上記構成のように、回折素子を通過する回折光を受光素子の第１の領域と第２の領域とによって、＋１次回折光と−１次回折光とに分けて、それぞれを回折素子によって回折されない光ビームの光軸を挟んだ両側に対向配置させた第１の受光手段と第２の受光手段とに受光させている。
ここで、例えば、複数の回折光を受光する受光手段を、回折素子によって回折されない光ビームの光軸から見て同一の方向に設けることも考えられるが、この場合には、回折素子を回転させることによるフォーカスオフセットの調整ができない。
すなわち、本発明では、回折光を＋１次回折光と−１次回折光とに分けて回折し、第１の受光手段と第２の受光手段とで受光させる。これによって、受光素子を回転させることにより、第１回折光の第１の受光手段におけるスポット位置が上げると、第２回折光の第２の受光手段におけるスポット位置が下がり、逆に第１回折光の第１の受光手段におけるスポット位置が下がると、第２回折光の第２の受光素子におけるスポット位置が上がる。
よって、受光素子を所定量回転させることにより、＋１次回折光と−１次回折光とが共に受光手段に設けられた分割領域に均等に光を照射させることができる位置を見つけることが可能である。
このように均等に光が照射されるということは、フォーカスオフセットが発生しないということであり、単に、回折素子を回転させるだけで、容易かつ確実に光学系の調整をする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。
なお、本明細書において、回折素子により回折された回折光を＋１次回折光・−１次回折光としているが、非回折光を基準に互いに反対側の位置に回折される回折光を区別するために便宜的につけたものにすぎない。
また、本発明では、上記回折素子の第１の領域に設けられた回折ピッチと上記第２の領域に設けられた回折ピッチとが互いに異なっていてもよい。
上記構成とすることにより、第１の領域を通過し、＋１次で回折された光ビーム（＋１次回折光）を検出する第１の受光手段と、第２の領域を通過し、−１次で回折された光ビーム（−１次回折光）を検出する第２の受光手段とを光軸から等距離ではない位置に配置できる。
このため、不要な回折光、具体的には第１の領域で−１次で回折された光ビーム、および第２の領域で＋１次で回折された光ビームは、第１の受光手段および／または第２の受光手段に入射することはない。
このように格子ピッチを第１の領域と第２の領域とで変えることによって、回折素子から出射される不要な回折光が第１の受光手段および／または第２の受光手段に入射することを防ぐことができるため、回折素子を光軸を中心とした回転調整によりフォーカスオフセットの調整を確実に行うことができる。
また、本発明では、上記受光素子が、上記回折素子によって回折されない光ビームを受光するように配された第３の受光手段を有していてもよい。
上記構成とすることにより、回折素子と受光手段との位置調整が容易であり、かつ光軸を中心とした回折素子の回転調整によりフォーカスオフセットの調整が確実に行うことができる。
また、本発明では、上記第３の受光手段で受光された光ビームを用いてＲＦ信号を検出するようになっていてもよい。
上記構成とすることにより、ＲＦ信号の高速再生に対応することができ、また回折素子と受光手段との位置調整が容易であり、かつ光軸を中心した回折素子の回転調整によりフォーカスオフセットの調整が確実に行うことができる。
また、本発明では、上記第１の受光手段および上記第２の受光手段で受光された光ビームを用いてフォーカスサーボ信号を検出するようにしてもよい。
上記構成とすることにより、受光素子の位置ズレマージンを大きくすることができる。
また、本発明では、上記フォーカスサーボ信号を検出する方式がダブルナイフエッジ法であってもよい。
上記構成とすることにより、受光素子の位置ズレマージンを大きくすることができる。
本発明の光ピックアップ装置は、以上のように、光源から出射された光ビームを光記録媒体上に集光する対物レンズと、上記光記録媒体からの反射光を回折させる２以上の領域に分割された回折素子と、この回折素子によって回折された光ビームを受光する受光素子と、を備えており、上記受光素子が、上記回折素子の第１の領域を通過する＋１次回折光を受光するように配置された第１の受光手段と、上記回折素子の第２の領域を通過する−１次回折光を受光するように配置された第２の受光手段と、を有し、上記第１の受光手段と上記第２の受光手段とは、分割領域を有しており、さらに、上記回折素子によって回折されない光ビームの光軸を挟んだ両側に対向配置されている。
これにより、単に、回折素子を回転させるだけでフォーカスオフセット調整をすることができ、容易かつ確実に光ピックアップの製造をすることができる。
〔参考例〕
本実施の形態を説明する前に本実施の形態の参考例について、図８ないし図１１（ａ）（ｂ）を用いてその問題点とともに説明する。なお、参考例では、ＲＦ信号を回折光を利用しないで求めることができる光ピックアップ装置について説明する。
本実施の形態の参考例の光ピックアップ装置は、図８に示すように、光集積ユニット１０１と、コリメータレンズ１０２と、対物レンズ１０３とを備えている。
上記光ピックアップ装置では、光集積ユニット１０１に搭載された半導体レーザ１０５からの出射光がコリメータレンズ１０２により平行光にされた後、対物レンズ１０３を介して光ディスク１０４上に集光される。この光ディスク１０４から反射した戻り光は、再び対物レンズ１０３と、コリメータレンズ１０２とを介して、光集積ユニット１０１に搭載された受光素子１１０上に集光される。光ディスク１０４は、基板１０４ａと、光ビームが透過するカバー層１０４ｂと、情報の記録再生に用いられる記録層１０４ｃとで構成されている。
図９に示すように、上記光集積ユニット１０１では、光源である半導体レーザ１０５から出射した光軸１２２の光１２０は、３ビーム用回折格子１０６によってメインビームと２つのサブビームとに分割され、複合プリズム１０７の偏光ビームスプリッタ（以下、単に「ＰＢＳ」という）面１０７ａを通過し、１／４波長板１０８を透過して、図８に示すコリメータレンズ１０２に向かう。なお、図の煩雑を避けるため、±１次回折光は図示していない。
光ディスク１０４からの戻り光１２１は、１／４波長板１０８を透過してＰＢＳ面１０７ａ、および反射ミラー面１０７ｂで反射され、回折素子１０９に入射する。回折素子１０９に入射した戻り光１２１は、光軸１２５ａの０次回折光と光軸１２５ｂ・１２５ｃの＋１次回折光とに分割され、受光素子１１０に入射する。なお、図の煩雑を避けるため、戻り光１２１については光軸１２５ａ・１２５ｂ・１２５ｃの光線のみを図示している。
ここで、半導体レーザ１０５から出射した光は、偏光方向がＸ方向の直線偏光、すなわち、Ｐ偏光であり、ＰＢＳ面１０７ａを透過後、１／４波長板１０８で円偏光にされ、光ディスク１０４に入射する。光ディスク１０４からの戻り光１２１は、再び１／４波長板１０８に入射してＹ方向の直線偏光、すなわち、Ｓ偏光になってＰＢＳ面１０７ａで反射される。
したがって、半導体レーザ１０５から出射した光を、メインビーム・サブビーム共にほとんど全て光ディスク１０４に導くとともに、戻り光１２１もほとんど全て受光素子１１０に導くことができるため光利用効率が高い。
ここで、回折素子１０９の格子パターンと、受光素子１１０の受光部１１０ｍ〜１１０ｑのパターンとについて、図１０（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。
図１０（ａ）（ｂ）に示すように、回折素子１０９は、光ディスク１０４のトラック方向と垂直な方向、すなわちトラッキング方向に相当するＸ方向の分割線１０９ｘによって、２つの領域１０９ａ・１０９ｂに分割されている。
受光素子１１０は、回折素子１０９による０次回折光を検出する３つの受光部１１０ｍ〜１１０ｏと、回折素子１０９の一方の領域１０９ａを通過する光の＋１次回折光を検出する受光部１１０ｐと、回折素子１０９の他方の領域１０９ｂを通過する＋１次回折光を検出する受光部１１０ｑとから構成されている。
実際には回折素子１０９の中心位置は受光部１１０ｍの中心位置に対応する位置に設置されるが、説明のためＹ方向にずらして図示している。
上記受光素子１１０では、＋１次回折光が入射する２つの受光部１１０ｐ・１１０ｑの分割領域１１０ｉ〜１１０ｌの出力信号でダブルナイフエッジ法によるフォーカスエラー信号（以下、単に「ＦＥＳ」という）を検出し、０次回折光が入射する２つの受光部１１０ｐ・１１０ｑの分割領域１１０ｉ〜１１０ｌ出力信号でＲＦ信号と、位相差（ＤＰＤ）法によるトラッキング誤差信号（以下、単に「ＴＥＳ」という）とを検出し、さらに０次回折光が入射する３つの受光部１１０ｍ〜１１０ｏの分割領域１１０ａ〜１１０ｈの出力信号で差動プッシュプル（以下、単に「ＤＰＰ」という）法によるＴＥＳを検出するようになっている
しかしながら、上記の光ピックアップ装置では、受光部が光軸方向にずれると、図１０（ｂ）のように、＋１次回折光は広がった状態になるため、フォーカスオフセットが発生する。そこで、フォーカスオフセットが発生しないように、回折素子１０９を回転調整する必要がある。具体的には、分割領域１１０ｉ〜１１０ｌの出力をＳｉ〜Ｓｌとすると、Ｓｉ＝ＳｊおよびＳｋ＝Ｓｌとなるように、回折素子１０９を回転調整する。
しかしながら、図１１（ａ）のように、Ｓｉ＝Ｓｊとなるように回折素子１０９を回転調整した場合、すなわち回折素子１０９内の破線Ｌから実線Ｍに回線素子を回転させた場合には、＋１次回折光と受光部との関係は破線Ｌ’から実線Ｍ’となり、これによりＳｋ≠Ｓｌとなる。
逆に、図１１（ｂ）のように、Ｓｋ＝Ｓｌとなるように回転調整した場合、すなわち回折素子１０９内の破線Ｌから実線Ｍに回折素子を回転させた場合には、＋１次回折光と受光部との関係は破線Ｌ’から実線Ｍ’となり、これにより、Ｓｉ≠Ｓｊとなる。
いずれの場合も、Ｓｉ＝ＳｊおよびＳｋ＝Ｓｌとなることがなく、フォーカスオフセットの調整ができないという問題が発生してしまう。
この理由は、２つの＋１次回折光が０次回折光に対して同じ方向に位置しているため、回折素子１０９を回転させることにより２つの＋１次回折光のスポットうち一方を下げると他方も下がり、一方を上げると他方も上がるためである。このような問題を本願発明者等は、以下のようにして解決した。
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
本実施の形態の光ピックアップ装置は、図２に示すように、光源としての半導体レーザ１と、回折格子２と、コリメータレンズ３と、ＰＢＳ４と、１／４波長板５と、対物レンズ６と、回折素子８と、検出用レンズ９と、受光素子１０とを備えている。
上記光ピックアップ装置では、半導体レーザ１から出射した光ビームは、３ビーム生成用の回折パターンが形成された回折格子２を通過し、コリメータレンズ３により平行光にされた後、ＰＢＳ４と１／４波長板５とを通過し、対物レンズ６を介して光記録媒体である光ディスク７に集光され、該光ディスク７において反射される。光ディスク７において反射した光ビーム（戻り光）は、再び対物レンズ６および１／４波長板５を通過し、ＰＢＳ４で光路を折り曲げられ、回折素子８および検出用レンズ９を通過して受光素子１０に入射する。
光ディスク７は、基板７ａと、光ビームが透過するカバー層７ｂと、基板７ａとカバー層７ｂの境界に形成された記録層７ｃとによって構成されている。対物レンズ６は、図示しない対物レンズ駆動機構によってフォーカス方向すなわち図２に示すＺ方向と、トラッキング方向すなわち図２に示すＸ方向とに駆動されるようになっており、光ディスク７の面振れや偏心があっても集光スポットが記録層７ｃの所定位置を追従するようになっている。
なお、本実施の形態では、半導体レーザ１に波長４０５ｎｍ程度の短波長光源と、対物レンズ６にＮＡ０．８５程度の高ＮＡ対物レンズと、を搭載し、高密度の記録再生が可能になっている。このように短波長光源と高ＮＡ対物レンズとを採用した場合、光ディスク７のカバー層７ｂの厚み誤差で大きな球面収差が発生する。
そこで、カバー層７ｂの厚み誤差で発生する球面収差を補正するために、コリメータレンズ３を図示しないコリメータレンズ駆動機構により光軸方向に位置調整をするか、またはコリメータレンズ３と対物レンズ６との間に配置した２枚のレンズ群で構成される図示しないビームエキスパンダの間隔を、同じく図示しないビームエキスパンダ駆動機構によって調整をするようになっている。
また、回折格子２には、ＴＥＳを検出するための３ビーム（メインビーム、２つのサブビーム）生成用の回折パターンが形成されている。３ビームを用いたＴＥＳ検出方法としては３ビーム法、ＤＰＰ法および位相シフトＤＰＰ法等が採用される。
次に、図３を用いて、回折格子２に形成される格子パターンについて説明する。なお、回折格子２における格子ピッチは、受光素子１０上で３ビームが十分に分離されるように設計されている。また、図３に示す一点鎖線は、回折格子２に入射する光ビーム２４を示している。
なお、本実施の形態では、回折格子２の格子ピッチが約１１μｍ、半導体レーザ１と回折格子２との距離が空気中の光路長換算で約５ｍｍ、受光素子１０上でのメインビームとサブビームとの間隔が約１５０μｍ、および光ディスク７上でのメインビームとサブビームとの間隔が約１６μｍ、となるように設計している。また、ここで挙げた数値は単なる一例にすぎず、この数値に限定されるものではない。
また、格子パターンとしては３ビーム法、またはＤＰＰ法を用いたＴＥＳの検出のための規則的な直線格子でもよいが、ここでは、特許文献３に開示されている位相シフトＤＰＰ法を採用した格子パターンについて説明する。
本実施の形態の回折格子２の格子パターンは、図３に示すように、領域２１ａと領域２１ｂとの２つの領域で構成されている。領域２１ａと領域２１ｂとは、周期構造の位相差が１８０度異なっている。このような周期構造とすることによって、サブビームのプッシュプル信号振幅がほぼ０となり、対物レンズシフトやディスクチルトに対してオフセットがキャンセル可能になる。回折格子２上の光ビーム２４は、領域２１ａと領域２１ｂとに対して正確な位置あわせをするほど、良好なオフセットのキャンセル性能が得られる。
また、光ビーム２４の有効径が大きいほど、経時変化や温度変化によって光ビーム２４と領域２１ａおよび領域２１ｂとの位置ずれが発生した場合の影響を小さくすることができる。すなわち、後で検出されるサーボ信号に与える影響を小さくすることができる。
例えば、コリメータレンズ３の有効ＮＡが０．１程度の光学系で、半導体レーザ１から回折格子２までの距離を空気中の光路長換算で５ｍｍ程度として、回折格子２上の光ビームの有効径がφ１ｍｍ程度の大きさになるよう設計することができる。したがって、従来技術の場合の回折格子２の光ビームの有効径φ０．２ｍｍ〜φ０．４ｍｍに対して有効径を２．５〜５倍にすることが可能になる。
回折素子８に形成される格子パターンは、図４に示すように、第１の領域８ａと、第２の領域８ｂとの２つの領域に分かれている。具体的には、回折素子８は、光ディスク７のトラックに沿った方向と垂直な方向に対応するＸ方向の境界線８ｘによって２分割された一方の半円の第１の領域８ａと、他方の半円の第２の領域８ｂとから構成されている。
なお、図中に示す一点鎖線は、図２に示す回折格子２により回折されなかったメインビームの戻り光８１を示している。また、ここでは、図２に示す回折格子２により回折された２つのサブビームの戻り光を省略している。なお、回折素子８は、この回折素子８の直径を通る直線によって２分割されているが、分割領域と分割数とはこれに限られない。
回折素子８の各領域８ａ・８ｂにおける格子ピッチは、第２の領域８ｂが小さく（回折角が最大）なり、第１の領域８ａが大きく（回折角が最小）なっている。これに限らず、回折素子８の各領域８ａ・８ｂにおける格子ピッチは、第２の領域８ｂが大きく、第１の領域８ａが小さくてもよい。
これにより、例えば第１の領域８ａを通過し、＋１次で回折された光ビーム（サブビーム）を検出する第１の受光部１０ｐと、第２の領域８ｂを通過し、−１次で回折された光ビーム（サブビーム）を検出する第２の受光部１０ｑとが光軸Ｎから等距離ではない位置に配置することができる。
このため、不要な回折光、具体的には第１の領域８ａで−１次で回折された光ビームが第２の受光部１０ｑに入射することはなく、かつ第２の領域８ｂで＋１次で回折された光ビームが第１の受光部１０ｐに入射することもない。
このように格子ピッチを第１の領域８ａと第２の領域８ｂとで変えることによって、回折素子８から出射される不要な回折光（サブビーム）が第１の受光部１０ｐおよび／、または第２の受光部１０ｑに入射することを防ぐことができるため、光軸Ｎを中心とした回転調整によりフォーカスオフセットの調整を確実に行うことができるという効果を奏する。
フォーカスオフセットを補正するために用いられるＦＥＳ信号は、第１の領域８ａからの＋１次回折光と第２の領域８ｂからの−１次回折光とを用いて後述するようにダブルナイフエッジ法によって検出する。なお、第１の領域８ａからの−１次回折光と第２の領域８ｂからの＋１次回折光とを用いてダブルナイフエッジ法のＦＥＳ信号を検出してもよい。
なお、＋１次回折光または−１次回折光のいずれか一方を用いてＦＥＳ信号を求める方法をシングルナイフエッジ法といい、＋１次回折光および−１次回折光の両方を用いてＦＥＳ信号を求める方法をダブルナイフエッジ法という。
次に、図５（ａ）（ｂ）を用いて、回折素子８の２分割された格子パターンと、この回折素子８により回折された光ビームの向きと、受光素子１０の受光部パターンと、その配置と、の互いの関係について説明する。
図５（ａ）は、図２における光ディスク７のカバー層７ｂの厚みに対して、対物レンズ６による集光ビームに球面収差が発生しないように、コリメータレンズ３の光軸方向の位置調整がなされている状態で記録層７ｃ上に合焦状態に集光している場合の分割領域１０ａ〜１０ｌ上に照射される光ビームを示している。
図５（ａ）は、さらに、図４において説明した回折素子８の２つの領域８ａ・８ｂと、０次回折光・±１次回折光の進行方向との関係も示している。なお、実際は、回折素子８の中心位置は、第３の受光部１０ｍの中心位置に対応する位置に設置されるが、説明のため、図５（ａ）に示すＺ方向である光軸方向に対してＹ方向にずらして図示している。
図５（ａ）に示すように、受光素子１０は、４個の受光部１０ｍ〜１０ｑで構成されている。往路光学系において回折格子２で形成された３つの光ビーム（メインビームおよび２つのサブビーム）は、光ディスク７で反射して、戻り光が復路光学系において回折素子８によりさらに、０次回折光と±１次回折光とに分離される。
受光素子１０は、これらの０次回折光および±１次回折光のうち、ＲＦ信号やサーボ信号の検出に必要な光ビームを受光するために上記の受光部１０ｍ〜１０ｑとその分割領域１０ａ〜１０ｌを備えている。
具体的には、２つのサブビームおよびメインビームから、回折素子８によって、３つの０次回折光と、３つの＋１次回折光と、３つの−１次回折光との合計９個のビームが形成される。０次回折光を受光する受光部が第３の受光部１０ｍ〜１０ｏであり、＋１次回折光を受光する受光部が第１の受光部１０ｐであり、−１次回折光を受光する受光部が第２の受光部１０ｑである。
そのうち、０次回折光は、プッシュプル法によるＴＥＳ検出ができるように、ある程度の光ビーム径の大きさを持った光ビームとなるように設計されている。本実施の形態では、上記０次回折光の光ビーム径がある程度の大きさを有するように、受光素子１０を、０次回折光の集光点に対して若干奥側にずらした位置に設置している。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、受光素子１０を０次回折光の集光点に対して手前側にずらした位置に設置するものであってもよい。
このように、ある程度の大きさの光ビーム径を有する光ビームが第３の受光部１０ｍの分割領域１０ａ〜１０ｄの境界部に集光される。このため、これらの４つの第３の受光部１０ｍの分割領域１０ａ〜１０ｄの出力が等しくなるように調整することによって、０次回折光と受光素子１０との位置調整が可能である。
図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態から対物レンズ６が光ディスク７に近づいた場合の、受光素子１０上での光ビームを示している。なお、対物レンズ６が光ディスク７に近づくことによって、非回折光の光ビームが大きくなるが、該光ビームの分割領域１０ａ〜１０ｄ、すなわち、第３の受光部１０ｍからのはみ出しは発生していない。
このように、対物レンズ６が光ディスク７に近づいている場合、図５（ｂ）で示すように、Ｓｋ＝ＳｌおよびＳｉ＝Ｓｊとなっていないため、フォーカスオフセットが発生する。このため、ＦＥＳがジャストフォーカス位置からずれた位置で０になってしまうので、これを防止するために回折素子８および受光素子１０等の光学系を調整する必要がある。また、対物レンズ６が光ディスク７に遠ざかる場合も、同じようにフォーカスオフセットが発生し、この場合も上記同様に光学系を調整する必要がある。
次に、図４と図５（ａ）（ｂ）とを用いて、フォーカスサーボ信号生成の動作を説明する。なお、ここでは、受光部１０ｍ〜１０ｑの分割領域１０ａ〜１０ｌの出力信号をＳａ〜Ｓｌと表す。
ＲＦ信号（ＲＦ信号の値を「ＲＦ」とする）は０次回折光を用いて検出する。すなわち、ＲＦは、
ＲＦ＝Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｄ
で与えることができる。
このように、ＲＦ信号を０次回折光を用いて検出することにより、回折素子８による２以上の和信号を用いてＲＦ信号を検出する場合と比較して高速にＲＦを求めることができる。
ＤＰＤ法によるＴＥＳ１は、Ｓａ〜Ｓｄの位相比較を行うことによって、すなわち、（Ｓａ＋Ｓｃ）の位相と（Ｓｂ＋Ｓｄ）の位相との差を求めることにより検出される。
位相シフトＤＰＰ法によるＴＥＳ２は、以下の演算式で検出される。
ＴＥＳ２＝｛（Ｓａ＋Ｓｂ）−（Ｓｃ＋Ｓｄ）｝
−α｛（Ｓｅ−Ｓｆ）＋（Ｓｇ−Ｓｈ）｝
なお、ここで、αは対物レンズシフトや光ディスクチルトによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。
ここで、フォーカスサーボ信号としてのＦＥＳは、ダブルナイフエッジ法を用いて検出する。すなわち、ＦＥＳは、
ＦＥＳ＝（Ｓｉ−Ｓｊ）−（Ｓｋ−Ｓｌ）
で与えられる。
なお、フォーカスサーボ信号としてのＦＥＳは、上記ダブルナイフエッジ法に限られず、シングルナイフエッジ法、またはその他の方法を用いてもよい。
次に、図１（ａ）（ｂ）と、図４と、図５（ａ）（ｂ）とを用いて回折素子８と受光素子１０との位置調整方法を説明する。
前述したように、０次回折光は、ある程度の大きさの光ビーム径を持った光ビームが第３の受光部１０ｍの分割領域１０ａ〜１０ｄの境界部に集光される。したがって、これら４つの分割領域１０ａ〜１０ｄの出力が等しくなるように第３の受光部１０ｍを調整することによって、０次回折光と受光素子１０とのＸ、Ｙ方向の位置調整が可能である。
また、例えば、組立誤差などで受光素子１０の受光部が光軸方向にずれている場合、図１（ａ）のように、フォーカスオフセットが発生する。すなわち、図１（ａ）においては、Ｓｋ＝ＳｌおよびＳｉ＝Ｓｊとはなっていない状態においてフォーカスオフセットが発生する。
このような場合、従来は、回折素子８または受光素子１０を光軸方向に移動させることにより調整を図っていた。しかしながら、このように光軸方向に移動させる場合には、空間的な問題などから正確かつ容易にフォーカスオフセット調整を行うことができなかった。
また、上記参考例のように０次回折光の光軸に対して同一方向に設けた受光部１１０ｐ・１１０ｑに＋１次回折光を受光させたのでは、正確かつ容易な調整方法である受光素子の回転調整が困難であった。
本実施形態では、上記の通り第１の領域８ａと第２の領域８ｂとに分割した回折素子８によって、戻り光を０次回折光と±１次回折光とに分割し、このうち±１次回折光を受光する２つの受光部（１０ｐと１０ｑ）を、０次回折光の光軸Ｎに対して互いに反対側に配置している。
これにより、このフォーカスオフセットの発生は、図１（ｂ）に示すように、回折素子８を回折素子８内の破線Ｌから実線Ｍに回転することにより、±１次回折光と受光部との位置関係を破線Ｌ’から実線Ｍ’に移動させて、Ｓｉ＝ＳｊおよびＳｋ＝Ｓｌとすることでき、フォーカスオフセットが発生しないように調整することができる。
すなわち、例えば図１（ａ）に示す回折格子２を時計回り（図中矢印の向き）に回転させると、＋１次回折光は下側（−Ｙ方向）に移動し、−１次回折光は上側（＋Ｙ方向）に移動する。すなわち、＋１次回折光と−１次回折光とでは、反対側の方向に移動することとなる。
従って、回折素子８を図示しない回転駆動部により回転させることによりＳｋ＝ＳｌおよびＳｉ＝Ｓｊとすることができ、単に回折素子８を回転させるだけでフォーカスオフセットの発生を防止することができる。したがって、受光素子１０のＺ方向の調整が不要となり、調整の負担を減らすことができる。
このように、０次回折光を中心に互いに反対側に位置した＋１次回折光および−１次回折光の両方を用いることにより、回折素子８の光軸を中心とした回転調整によりダブルナイフエッジ法のＦＥＳ信号のフォーカスオフセット調整を確実に行うことができるという効果がある。
なお、上記の説明では回折格子２により３ビームを生成する構成で説明したが、ＴＥＳ生成用に３ビームを用いない１ビーム用の光集積ユニットにも適用可能である。すなわち、本実施の形態では、復路光学系において、光ディスク７から反射されてくる光を３ビームに回折することが必要であるが、往路光学系において、光ディスク７へ向かう光を３ビームに回折することは必ずしも必要でない。
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図６と、図７（ａ）（ｂ）とを用いて説明する。本実施の形態では、上記実施の形態１との相違点について説明するため、説明の便宜上、実施の形態１で説明した部材と同様の機能を有する部材には同一の番号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態２では、回折格子、回折素子、および受光部などの光学系の配置が上記実施の形態１とは異なっている光ピックアップ装置について説明する。
図６に示すように、本実施の形態の光ピックアップ装置は、光集積ユニット１１と、コリメータレンズ３と、対物レンズ６とを備えている。
上記光ピックアップ装置では、光集積ユニット１１に搭載された光源としての半導体レーザ１から出射した光ビームは、コリメータレンズ３により平行光にされた後、対物レンズ６を介して光ディスク７に集光される。そして、戻り光は、再び対物レンズ６とコリメータレンズ３とを通過して、光集積ユニット１１に搭載された受光素子１０上に受光される。
次に、図７（ａ）（ｂ）を用いて光集積ユニット１１の構造を説明する。
光集積ユニット１１は、図７（ｂ）に示すように半導体レーザ１と、受光素子１０と、ＰＢＳ１２と、偏光回折素子１３と、１／４波長板５と、パッケージ１５とを備えている。なお、図７（ａ）では図の煩雑化を避けるため、ＰＢＳ１２と、偏光回折素子１３と、１／４波長板５とは省略している。
半導体レーザ１は、波長λ＝４０５ｎｍのものが使用される。半導体レーザ１からＰ偏光の直線偏光として放射された光軸２０の光ビームは、ＰＢＳ１２のＰＢＳ面１２ａを透過して、偏光回折素子１３に入射する。偏光回折素子１３は、Ｐ偏光を回折させてＳ偏光を透過させる第１の偏光回折素子３１と、Ｓ偏光を回折させてＰ偏光を透過させる第２の偏光回折素子３２とから構成されている。
したがって、ＰＢＳ面１２ａを透過したＰ偏光の光ビーム２１は、第１の偏光回折素子３１で回折され、第２の偏光回折素子３２を透過するようになっている。なお、第１の偏光回折素子３１は、上記の回折格子２と、第２の偏光回折素子３２は、上記の回折素子８と同一の構成を有しているため、これら偏光回折素子１３の説明は省略する。
その後１／４波長板５でＰ偏光の直線偏光から円偏光に変換されて光集積ユニット１１から出射される。光ディスク７からの戻り光は、円偏光として集積ユニット１１に入射するが、１／４波長板５で円偏光からＳ偏光の直線偏光に変換される。したがって、第２の偏光回折素子３２で回折されて、第１の偏光回折素子３１は透過する。戻り光は、ＰＢＳ１２のＰＢＳ面１２ａと反射ミラー面１２ｂとで反射して光軸２２の０次回折光と光軸２３の１次回折光とに分離されて受光素子１０に入射する。
パッケージ１５は、半導体レーザ１と受光素子１０とが搭載されたシステム１５ａと、ベース１５ｂと、キャップ１５ｃとを備えている。キャップ１５ｃには光を通過させるための窓部１５ｄが形成されている。この窓部１５ｄの面積に対してＰＢＳ１２は十分大きな寸法で作成されており、ＰＢＳ１２をキャップ１５ｃ上に接着固定することによってパッケージ１５が封止されるようになっている。その結果、半導体レーザ１と受光素子１０とが外気にさらされることが無くなり、特性劣化が生じにくくなる。
このように実施の形態２では、第２の偏光回折素子３２などの光学系の配置が上記実施の形態１とは異なっている光ピックアップ装置について説明した。
本実施の形態２でも、第２の偏光回折素子３２の領域が２分割され、この分割領域により、光ディスク７からの戻り光を０次回折光と、±１次回折光とに分割し、このうち±１次回折光を受光する２つの受光部（１０ｐと１０ｑ）を、０次回折光の光軸Ｎに対して互いに反対側に配置している。
従って、＋１次回折光と−１次回折光との両方を用いることで、第２の偏光回折素子３２を光軸Ｎ中心に回転調整することによって、ダブルナイフエッジ法を用いてＦＥＳ信号のフォーカスオフセット調整を確実に行うことができるという効果を奏する。
なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせたて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、光ディスクなどの光記録媒体に情報を記録・再生する光ピックアップ装置の光学系の調整に好適に利用することができる。
本発明における光ピックアップ装置の実施の一形態を示すものであり、（ａ）は、フォーカスオフセットが発生している状態における回折素子と、この回折された光ビーム・回折されなかった光ビームの向きと、受光素子の受光パターンとその配置を模式的に示した図であり、（ｂ）は、（ａ）の回折素子を回転させることによりフォーカスオフセット調整を行った状態における回折素子と、この回折された光・回折されなかった光ビームの向きと、受光素子の受光パターンとその配置を模式的に示した図である。 上記光ピックアップ装置の模式図である。 上記光ピックアップ装置の回折格子の格子パターンを説明する模式図である。 上記回折素子の格子パターンを説明する模式図である。 （ａ）は、フォーカスが合焦状態にあるときの上記回折素子と、この回折された光ビーム・回折されなかった光ビームの向きと、受光素子の受光パターンとその配置を模式的に示した図であり、（ｂ）は、フォーカスオフセットが発生している状態における回折素子と、この回折された光・回折されなかった光ビームの向きと、受光素子の受光パターンとその配置を模式的に示した図である。 本発明における他の実施の形態の光ピックアップ装置の構成を示す模式図である。 （ａ）は、上記光ピックアップ装置のパッケージ内での半導体レーザと受光素子との配置関係を示す光集積ユニットの平面図であり、（ｂ）は、光集積ユニットの内部での光ビームの通過経路を示した光集積ユニットの側面図である。 本発明における参考例の光ピックアップ装置の模式図である。 上記参考例の光集積ユニットの側面図である。 （ａ）は、上記参考例のフォーカスが合焦状態にあるときの回折素子と、この回折された光ビーム・回折されなかった光ビームの向きと、受光素子の受光パターンとその配置を模式的に示した図であり、（ｂ）は、上記参考例のフォーカスオフセットが発生している状態における回折素子と、この回折された光・回折されなかった光ビームの向きと、受光素子の受光パターンとその配置を模式的に示した図である。 （ａ）は、上記参考例のフォーカスオフセットが発生している状態における回折素子と、この回折された光ビーム・回折されなかった光ビームの向きと、受光素子の受光パターンとその配置を模式的に示した図であり、（ｂ）は、上記（ａ）の回折素子を回転させることによりフォーカスオフセット調整を行おうとした状態における回折素子と、この回折された光・回折されなかった光ビームの向きと、受光素子の受光パターンとその配置を模式的に示した図である。
符号の説明
１ 半導体レーザ（光源）
６ 対物レンズ
７ 光ディスク（光記録媒体）
８ 回折素子
８ａ 第１の領域
８ｂ 第２の領域
１０ 受光素子
３２ 第２の偏光回折素子（回折素子）
８１ 戻り光（反射光）
１０ｐ 第１の受光部（第１の受光手段）
１０ｑ 第２の受光部（第２の受光手段）
１０ｍ〜１０ｏ 第３の受光部（第３の受光手段）
１０ａ〜１０ｌ 分割領域
Ｎ 光軸

Claims (6)

  1. 光源から出射された光ビームを光記録媒体上に集光する対物レンズと、
    上記光記録媒体からの反射光を回折させる２以上の領域に分割された回折素子と、
    この回折素子によって回折された光ビームを受光する受光素子と、を備えており、
    上記受光素子が、上記回折素子の第１の領域を通過する＋１次回折光を受光するように配置された第１の受光手段と、上記回折素子の第２の領域を通過する−１次回折光を受光するように配置された第２の受光手段と、を有し、
    上記第１の受光手段と上記第２の受光手段は、分割領域を有しており、さらに、上記回折素子によって回折されない光ビームの光軸を挟んだ両側に、該光軸から等距離でない位置に配置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
  2. 上記回折素子の第１の領域に設けられた回折ピッチと上記第２の領域に設けられた回折ピッチとが互いに異な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. 上記受光素子が、上記回折素子によって回折されない光ビームを受光するように配された第３の受光手段を有することを特徴とする請求項１ないし２に記載の光ピックアップ装置。
  4. 上記第３の受光手段で受光された光ビームを用いてＲＦ信号を検出するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置。
  5. 上記第１の受光手段および上記第２の受光手段で受光された光ビームを用いてフォーカスサーボ信号を検出するようになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
  6. 上記フォーカスサーボ信号を検出する方式がダブルナイフエッジ法であることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
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