JP4207740B2 - 光ピックアップ - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ装置、光ディスク装置などに用いることができる光ピックアップ、および、光ピックアップの構成部品である回折格子素子に関するものである。
現在、光ディスクには、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＭＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒなど用途によって様々な規格が存在し、各々にて異なるサーボ信号検出方法が採用されている。フォーカスエラー信号検出方法はスポットサイズ検出法（以下、ＳＳＤ法という）など、トラッキングサーボ信号検出方法は、３ビーム法、差動プッシュプル法（以下、ＤＰＰ法という）、位相差検出法（以下、ＤＰＤ法という）などが採用されている。
さらに、近年では、異なる規格のディスクを同一のシステムで対応可能な複合システムが主流であり、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷを同一のシステムで扱える複合システムではＤＰＰ法が採用されているものがある。
しかし、同一規格ディスク内でも、構成樹脂、ピット深さなどが異なるものが存在し、ＣＤ−ＲＯＭにおいて、ピット深さがλ（＝レーザ光波長）／４である光ディスクではプッシュプル信号が検出不可能であることが発覚し、このようなディスクにも対応するため、上記のＣＤ系複合システムにおいてもＤＰＤ法によるトラッキングエラー信号検出が補助的に求められるようになってきた。
ＤＰＤ法に対応した光ディスクシステムに利用可能な光ピックアップの従来例として、特許文献１に示すものが提案されている。
図１１は従来の技術における光ピックアップの概略斜視図、図１２はこの光ピックアップで用いられる回折格子素子の平面図、図１３はこの光ピックアップで用いられる受光素子基板の平面図である。
図１１から１３において、半導体レーザ(図示せず)からの射出光は、光軸１０３に沿って情報記録媒体である光ディスク１０１に達し、そこで反射される。光ディスク１０１側から回折格子素子１０６、受光素子基板１０９が光軸１０３上に沿って所定の位置関係で配置されている。
図１１および図１２に示すように、回折格子素子１０６の中央には、光の回折とレンズ作用を有するホログラム１０７が形成され、ホログラム１０７は、光軸１０３を通り、かつ、光ディスク１０１のピット列接線方向１０４（以下、タンジェンシャル方向という）と平行な直線を境界として第１領域１０７ａと第２領域１０７ｂに分割されている。
第１領域１０７ａと第２領域１０７ｂは、各々同一の連続する波面の回折光を生成する同一曲線群にて構成され、各々の波面の中心方向を異ならせることにより、第１領域１０７ａと第２領域１０７ｂに入射したディスク反射光１０２の回折角は同一であるが、その回折方向はそれぞれ異なるように配置される。
また、第１領域１０７ａと第２領域１０７ｂでの回折光のうち、波面中心方向へ回折する回折光は収束し、波面中心方向と反対方向へ回折する回折光は発散するようレンズ効果が付加されている。
第１領域１０７ａへ入射した反射光１０２は、＋１次回折光１０８ａ＋、−１次回折光１０８ａ−に分割され、第２領域１０７ｂへ入射した反射光１０２は、＋１次回折光１０８ｂ＋、−１次回折光１０８ｂ−に分割される。
受光素子基板１０９は、同一平面の受光面上に４つの受光領域１０９ａ＋、１０９ａ−、１０９ｂ＋、１０９ｂ−を有し、それぞれの受光領域は図１３に示す位置関係で形成されている。ただし、受光領域１０９ａ＋、１０９ａ−の中央を通る第１の直線１１０ａと、受光領域１０９ｂ＋、１０９ｂ−の中央を通る第２の直線１１０ｂの交点は、ほぼ光軸１０３の近傍を通る。この４つの受光領域１０９ａ＋、１０９ａ−、１０９ｂ＋、１０９ｂ−に４つの回折光１０８ａ＋、１０８ａ−、１０８ｂ＋、１０８ｂ−がそれぞれ入射する。
ここで、図１２に示すように第１領域１０７ａで回折された＋１次回折光の回折方向は、１１９ａ＋、−１次回折光の回折方向は１１９ａ−、第２領域１０７ｂで回折された＋１次回折光の回折方向は１１９ｂ＋、−１次回折光の回折方向は１１９ｂ−である。
また、受光素子基板１０９における受光領域１０９ａ＋、１０９ａ−の中央を通る第１の直線１１０ａが、上記した回折方向１１９ａ＋と回折方向１１９ａ−上にあり、受光領域１０９ｂ＋、１０９ｂ−の中央を通る第２の直線１１０ｂが上記した回折方向１１９ｂ＋と回折方向１１９ｂ−上にある。
受光領域１０９ａ＋、１０９ａ−は、これら領域の中央を通る第１の直線１１０ａと平行な方向にそれぞれ４分割されており、２つの中央領域部Ｅａ１、Ｅａ２と２つの外側領域部Ｅｂ、Ｅｃからそれぞれ構成される。同様に、受光領域１０９ｂ＋、１０９ｂ−は、これら領域の中央を通る第２の直線１１０ｂと平行な方向にそれぞれ４分割されており、２つの中央領域部Ｅａ１、Ｅａ２と２つの外側領域部Ｅｂ、Ｅｃからそれぞれ構成される。
図１４は、４つの受光領域１０９ａ＋、１０９ａ−、１０９ｂ＋、１０９ｂ−に入射した回折光からＳＳＤ法によってフォーカスエラー信号を求める方法を示す模式図である。
受光領域１０９ａ＋の中央領域部Ｅａ１、Ｅａ２から得られる光電変換信号をＲ+ｉ、２つの外側領域部Ｅｂ、Ｅｃから得られる光電変換信号をＲ+ｏとし、受光領域１０９ａ−の中央領域部Ｅａ１、Ｅａ２から得られる光電変換信号をＲ-ｉ、２つの外側領域部Ｅｂ、Ｅｃから得られる光電変換信号をＲ-ｏとし、受光領域１０９ｂ＋の中央領域部Ｅａ１、Ｅａ２から得られる光電変換信号をＬ+ｉ、２つの外側領域部Ｅｂ、Ｅｃから得られる光電変換信号をＬ+ｏとし、受光領域１０９ｂ−の中央領域部Ｅａ１、Ｅａ２から得られる光電変換信号をＬ-ｉ、２つの外側領域部Ｅｂ、Ｅｃから得られる光電変換信号をＬ-ｏとする。
この時、フォーカスエラー信号ＦＥは以下のように算出される。
ＦＥ＝(Ｌ+ｉ＋Ｌ-ｏ)＋(Ｒ+ｉ＋Ｒ-ｏ)−(Ｌ-ｉ＋Ｌ+ｏ)−(Ｒ-ｉ＋Ｒ+ｏ) （式１）
図１５は、４つの受光領域１０９ａ＋、１０９ａ−、１０９ｂ＋、１０９ｂ−に入射した回折光からＤＰＤ法によってトラッキングエラー信号を求める方法を示す模式図である。
受光領域１０９ａ＋の中央領域部Ｅａ１と外側領域部Ｅｂとの光電変換信号の和をＲｕ＋、中央領域部Ｅａ２と外側領域部Ｅｃとの光電変換信号の和をＲｄ＋、受光領域１０９ａ−の中央領域部Ｅａ２と外側領域部Ｅｃとの光電変換信号の和をＲｕ−、中央領域部Ｅａ１と外側領域部Ｅｂとの光電変換信号の和をＲｄ−、受光領域１０９ｂ＋の中央領域部Ｅａ１と外側領域部Ｅｂとの光電変換信号の和をＬｕ＋、中央領域部Ｅａ２と外側領域部Ｅｃとの光電変換信号の和をＬｄ＋、受光領域１０９ｂ−の中央領域部Ｅａ２と外側領域部Ｅｃとの光電変換信号の和をＬｕ−、中央領域部Ｅａ１と外側領域部Ｅｂとの光電変換信号の和をＬｄ−とする。
この時、トラッキングエラー信号は、（Ｒｕ＋ ＋ Ｒｕ−）＋（Ｌｄ＋ ＋ Ｌｄ−）と（Ｌｕ＋ ＋ Ｌｕ−）＋（Ｒｄ＋ ＋ Ｒｄ−）の位相差を比較することにより求められる。
このように、ディスク反射光情報のうち、ホログラム１０７によって解説された±１次回折光を用いてＳＳＤ法によるフォーカスエラー信号とＤＰＤ法によるトラッキングエラー信号を得ることができる。
特開平１１−２９６８７３号公報
しかしながら、上記の光ピックアップには以下のような問題がある。
第１の問題点は、ＳＳＤ法とＤＰＤ法とでエラー検出に必要な信号情報が異なるため、受光素子基板に設けられた回路が複雑となり、かつ外部出力端子が増加する点である。
従来例において、ＳＳＤ法のみを考慮する場合、４つの受光領域において、それぞれ中央領域部のＥａ１、Ｅａ２からの信号は必ず加算しているため、本来分割は不要であり、各受光領域は３分割でよい。また、ＤＰＤ法のみを考慮する場合、４つの受光領域において、それぞれＥａ１とＥｂからの信号、Ｅａ２とＥｃからの信号は必ず加算されており、各受光領域は２分割でよい。
しかし、上記したように、各受光領域上で回折光が入射する部分において、ＳＳＤ法とＤＰＤ法では必要とされる信号情報をもつ部位が異なるため、各受光領域をより細かく分割、少なくとも４分割して必要な部位を取り出し、演算する必要がある。
このように、受光領域を細分化するため、既存の受光回路の大幅な変更や複雑化、あるいは、外部出力端子の増加が発生する。
回路の大幅な変更は、既存品との互換性を失わせ、回路の複雑化や外部出力端子の増加は、受光素子面積の増加、パッケージ面積の増加につながり、小型化、簡素化、低コスト化の流れに反する。
図１６から図１８は、受光領域１０９ａ＋、１０９ａ−、１０９ｂ＋、１０９ｂ−を各々４分割した際の各領域部と外部出力端子との接続例である。
受光素子基板１０９内に演算回路を設けず、一切演算を実施しない場合、外部出力端子は、１６端子必要となる（図１６）。また、前述の従来例にて述べた検出信号の演算式（式１）中のカッコ内の信号のみ受光素子基板内の回路で演算した場合、フォーカスエラー検出信号用に４端子、トラッキングサーボ検出信号用に４端子の計８端子となる（図１７）。
図１８はこの構成で、外部出力端子を最小とした場合の接続例であり、フォーカスエラー検出信号用に２端子、トラッキングサーボ検出用に２端子の計４端子となる。
図１７におけるフォーカスエラー検出信号用の４端子、信号（Ｌ+ｉ＋Ｌ-ｏ）検出用端子、（Ｒ+ｉ＋Ｒ-ｏ）検出用端子、（Ｌ-ｉ＋Ｌ+ｏ）検出用端子、（Ｒ-ｉ＋Ｒ+ｏ）検出用端子にそれぞれ出力される信号を、受光素子基板内の回路でさらに演算するようにすると、[（Ｌ+ｉ＋Ｌ-ｏ）＋（Ｒ+ｉ＋Ｒ-ｏ）]端子と、[（Ｌ-ｉ＋Ｌ+ｏ）＋（Ｒ-ｉ＋Ｒ+ｏ）]端子の計２端子に削減される。
同様に、トラッキングエラー検出信号用４端子は、（Ｒｕ＋ ＋ Ｒｕ−）端子、（Ｌｄ＋ ＋ Ｌｄ−）端子、（Ｌｕ＋ ＋ Ｌｕ−）端子、（Ｒｄ＋ ＋ Ｒｄ−）端子のうち、（Ｌｄ＋ ＋ Ｌｄ−）端子、（Ｒｄ＋ ＋ Ｒｄ−）端子を消去して （Ｒｕ＋ ＋ Ｒｕ−）端子と（Ｌｕ＋ ＋ Ｌｕ−）端子の位相比較によりＤＰＤ法を適用する。
図１８に示す例では、受光素子基板内での演算回路は、図１７のそれと比較して簡素であり、外部出力端子数も半減している。しかし、欠点として、フォーカスエラー検出信号については、本来２端子分の出力信号を１端子より出力するため、１端子当りの信号量許容レンジが２倍以上なければ、端子出力が飽和してしまう。また、トラッキングエラー検出信号については、信号量が半分になってしまう。
また、従来例の光ピックアップをＣＤ系の複合システムに適用する場合、さらにプッシュプル法（以下、ＰＰ法という）によるトラッキングエラー検出方法を追加することになり、回路の複雑化や外部出力端子の増加を回避する方法がさらに限定されてしまう。
ＰＰ法は、ホログラム１０７の第１領域１０７ａと第２領域１０７に入射した反射光１０２の光量差により、光軸１０３と光ディスク１０１上のピット列中央とのラジアル方向(タンジェンシャル方向と直交する方向)ずれを検出する方法である。
図１４にて用いた符号を用いると、ＰＰ法によるトラッキングエラー検出信号ＴＥは以下のように記述される。
ＴＥ＝(Ｒ+ｉ＋Ｒ-ｏ)＋(Ｒ-ｉ＋Ｒ+ｏ)−(Ｌ+ｉ＋Ｌ-ｏ)−(Ｌ-ｉ＋Ｌ+ｏ) （式２）
つまり、ＰＰ法によるトラッキングエラー検出信号はＳＳＤ法によるフォーカスエラー検出信号と同じく、各受光領域を３分割することにより取得可能である。また、図１７では、フォーカスエラー検出信号に利用される４端子出力は、上記トラッキングエラー検出信号演算に用いられた４信号と全く同一である。ＳＳＤ法とＰＰ法によるエラー検出は共通の出力信号による外部演算の相違のみにより実行可能である。
図１８に示した例では、回路内での演算がＰＰ法によるトラッキングエラー検出信号を得るには過剰であるため、別途回路と外部出力端子の追加が必要になり、せっかくのメリット、すなわち外部出力端子数の増加抑制効果が出なくなってしまう。
このように、図１６に示した場合を除いて、外部端子出力が各エラー検出法により独立し、共有不可能であるため、受光素子基板内の回路の複雑化、外部出力端子増加は回避できない。上記したように、回路演算と外部出力端子の選択方法によっては、ＳＳＤ法とＰＰ法演算に必要な信号は共有化が可能であるが、ＤＰＤ法演算に必要な信号は共有化が困難である。
上記課題を解決するため、本発明の光ピックアップは、光を情報記録媒体に照射し、情報記録媒体からの反射光を用いて情報記録媒体上の情報を読み取る光ピックアップであって、光源と、反射光を受光して、光信号を電気信号に変換する受光素子と、情報記録媒体からの反射光を回折して受光素子に導く回折格子素子とを少なくとも有し、回折格子素子は、回折格子領域が第１の分割線となる直線により上下に分割された回折格子素子であって、第１の分割線の上部領域は、第１の分割線と直交する第２の分割線となる直線によって左右に分割され、かつ左側の領域は第１の回折格子パターンを、右側の領域は第１の回折格子パターンと異なる回折角を有する第２の回折格子パターンを有しており、第１の分割線の下部領域は、第２の分割線と平行な方向に複数分割されており、複数の分割領域は第１の回折格子パターンを有する領域と第２の回折格子パターンを有する領域とが交互に配されており、第２の分割線は情報記録媒体上に形成されたピット列の接線方向と平行であり、光源から情報記録媒体に向けて射出される光の光軸は、第２の分割線あるいはその延長線と交わっており、光軸と第１の分割線とは交わらないことを特徴とする。
前記複数の分割領域のうち、少なくとも１組の隣り合う領域間の境界線が前記第２の分割線の延長線上にあることが好ましい。
前記回折格子領域が一方の面に設けられ、前記一方の面と略平行な他方の面に３ビーム用回折格子が形成されており、光学的に透明な材料からなることがさらに好ましい。
また、本発明の光ピックアップにおいて、前記受光素子は、同一平面に形成された第１〜第４受光領域を少なくとも有しており、前記第１受光領域は、前記第１の分割線の上部領域のうち、前記第１の回折格子パターンを有する左側の領域からの＋１次回折光および前記第１の分割線の下部領域のうち、前記第１の回折格子パターンを有する領域からの＋１次回折光を受光し、前記第２受光領域は、前記第１の分割線の上部領域のうち、前記第１の回折格子パターンを有する左側の領域からの−１次回折光および前記第１の分割線の下部領域のうち、前記第１の回折格子パターンを有する領域からの−１次回折光を受光し、前記第３受光領域は、前記第１の分割線の上部領域のうち、前記第２の回折格子パターンを有する右側の領域からの＋１次回折光および前記第１の分割線の下部領域のうち、前記第２の回折格子パターンを有する領域からの＋１次回折光を受光し、前記第４受光領域は、前記第１の分割線の上部領域のうち、前記第２の回折格子パターンを有する右側の領域からの−１次回折光および前記第１の分割線の下部領域のうち、前記第２の回折格子パターンを有する領域からの−次回折光を受光することが好ましい。
前記第１〜第４受光領域は、前記第１の分割線と平行な方向にそれぞれ３分割されており、前記第１〜第４受光領域中の各分割領域からの光電変換信号を演算処理する回路をさらに備えているがより好ましい。
また、フォーカスエラー信号の検出はスポットサイズ検出法（ＳＳＤ法）により行い、トラッキングエラー信号の検出は差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）あるいは位相差検出法（ＤＰＤ法）により行うことを特徴とする。
以上のように本発明によれば、光を情報記録媒体に照射し、前記情報記録媒体からの反射光を用いて情報を読み取る光ピックアップにおいて、受光素子基板内の回路が比較的簡素で、外部出力端子も少なく、ＳＳＤ法によるフォーカスエラー検出信号、ＤＰＰ法とＤＰＤ法によるトラッキングエラー検出信号とが検出可能な小型、簡素、低コストの光ピックアップを実現できる。
以下に、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態における光ピックアップの概略斜視図であり、図２は、この光ピックアップに用いる回折格子素子の平面図、図３は同じくこの光ピックアップに用いる受光素子基板の平面図である。
図示されない半導体レーザからの射出光は、光軸９を通り、受光素子基板６側から３ビーム用回折格子４、回折格子素子３、対物レンズ２の順に通過し、情報記録媒体である光ディスク１の表面上にあるピット列に集光する。光軸９は受光素子基板６の表面と直交している。光ディスク１に集光したレーザ光は反射され、その反射光１０は、光軸９を通って戻るように位置関係が規定されている。なお、受光素子基板６側から３ビーム用回折格子４を通過することにより、レーザからの射出光は１本のメインビームと２本のサイドビームに分割されるが、サイドビームについては、一旦無視する。
回折格子素子３は、光軸９と直交し、かつ、光ディスク１のタンジェンシャル方向と平行な直線１１とラジアル方向と平行な直線１２により４分割されており、光ディスク１表面上のピット列の通過方向、紙面上方左側から右回りに第１領域〜第４領域とする。
第３、４領域は、さらに直線１１と平行な方向に等間隔に分割されており、直線１１から離れる方向へ第３領域で３ａ〜３ｅ、あるいは、第４領域で４ａ〜４ｅとする。
第１領域および第２領域には、光の回折とレンズ作用を有するホログラムが形成されており、第１領域に形成されたホログラム１３と第２領域に形成されたホログラム１４は、光軸９と直線１２を含む平面内に異なる集光点を有し、各々回折角が異なるように構成されている。
本実施の形態では、各々の集光点を光軸９より紙面左側とし、ホログラム１４による回折角がホログラム１３による回折角より大きいものとする。第３、４領域を構成する分割領域３ａ〜３ｅ、４ａ〜４ｅには、ホログラム１３、１４と同じ回折パターンが交互に配置されており、本実施の形態では、領域３ａ、３ｃ、３ｅ、４ｂ、４ｄにホログラム１４と同じパターンを、領域３ｂ、３ｄ、４ａ、４ｃ、４ｅにホログラム１３と同じパターンを配置した。
図２、図３に示すように、ホログラム１４により回折された＋１次回折光１５＋および−１次回折光１５−は、それぞれ図２中に１２＋および１２−で示した方向に回折される。同様に、ホログラム１３により回折された＋１次回折光１６＋および−１次回折光１６−も、それぞれ図２中に１２＋および１２−で示した方向に回折される。
また、図３に示すように、受光素子基板６上の同一平面内には、受光領域１８〜２５が配置され、受光領域１８〜２１の中心を通る直線２６は、光軸９と回折方向１２＋、１２−を含む平面内に含まれる。反射光１０のホログラム１３による＋１次回折光１６＋が受光領域１８へ、−１次回折光１６−が受光領域１９へ、ホログラム１４による＋１次回折光１５＋が受光領域２０へ、−１次回折光１５−が受光領域２１へ照射するようそれぞれ配置されている。受光領域１８〜２１は、それぞれが直線２６と平行な方向で中央領域部Ｅａと２つの外側領域部Ｅｂ、Ｅｃに３分割されている。受光領域２２〜２５には、半導体レーザからの射出光が３ビーム用回折格子４にて回折されて発生した、２本のサイドビームが光ディスク１にて反射し、さらに回折格子素子３で回折された−１次回折光が照射するよう配置されている。
図３に、各受光領域１８〜２１上における各回折光１５＋、１５−、１６＋、１６−の投影形状を示した。
受光領域１８、１９に照射する回折光は、回折格子素子３上のホログラム１３で回折された光であり、図６（ａ）に斜線で示した領域に入射した反射光の回折光となる。同様に受光領域２０、２１に照射する回折光は、回折格子素子３上のホログラム１４で回折された光であり、図６（ｂ）に斜線で示した領域に入射した反射光の回折光となる。
つまり、受光領域１８〜２１へ照射する回折光パターンは、回折格子素子３の第１領域、あるいは、第２領域へ入射した１／４円の回折光と第３、４領域へ入射した１／２円を短冊状に分割して交互に抜き出した、短冊模様の１／２円により構成される。また、反射光１０の光量分布は光軸９を中心とするガウス分布であるため、全光量をＡとし、ホログラム１３、１４の回折効率をそれぞれ同じくＢであるとした場合、第１領域での１／４円状の回折光と第２領域での１／４円状の回折光と第３、４領域での各短冊模様の１／２円状の回折光の光量はそれぞれＡ×（Ｂ／４）で同一である。
また、図４は本発明の実施の形態における受光素子基板６上に配置された受光領域１８〜２５の各領域部の結線図である。
受光領域１９の中央領域部Ｅａと受光領域１８の外側領域部Ｅｂ、Ｅｃの光電変換信号の和をＦＥ１、受光領域１９の外側領域部Ｅｂ、Ｅｃと受光領域１８の中央領域部Ｅａの光電変換信号の和をＦＥ２、受光領域２１の中央領域部Ｅａと受光領域２０の外側領域部Ｅｂ、Ｅｃの光電変換信号の和をＦＥ３、受光領域２１の外側領域部Ｅｂ、Ｅｃと受光領域２０の中央領域部Ｅａの光電変換信号の和をＦＥ４とし、受光領域２２、２３の光電変換信号の和をＥ、受光領域２４、２５の光電変換信号の和をＦとする。
これらの信号とトラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号との関係については、後で詳述する。
図５は本発明の実施の形態における回折格子素子による±１次回折光の光路説明図である。＋１次回折光１５＋あるいは＋１次回折光１６＋は、回折格子素子３表面と光軸９の交点１７を中心とし、回折格子素子３と半導体レーザ発光点間の距離Ｌ１を半径とする円弧Ｓ１と比較して、交点１７を中心する半径がＬ２（＞Ｌ１）の円弧Ｓ２上にて合焦する。
一方、−１次回折光１５−あるいは−１次回折光１６−は、交点１７を中心とする半径がＬ３（＜Ｌ１）の円弧Ｓ３上にて合焦する。
上記したように、回折格子素子３上の各ホログラムによって回折された±１次光回折はホログラムの持つレンズ作用により合焦点までの距離が異なる。
一般的に、光ピックアップ装置の動作において、対物レンズ２が光軸９を上下方向へシフトし、合焦点位置を変化させてフォーカス調整を行う。
本実施の形態の場合、対物レンズ２が基準位置より受光素子基板６側へ移動すると、−１次回折光は、合焦点が受光素子基板６上に来て受光領域上で集光する。逆に、対物レンズ２が基準位置より光ディスク１側へ移動すると、＋１次回折光は、合焦点が受光素子基板６上に来て受光領域上で集光する。
つまり、本実施の形態でも、従来例と同様の原理で、ＳＳＤ法によるフォーカスエラー信号の検出が可能である。従来例とは回折光の形状が異なるが、従来例における各受光領域へ照射する１／２円状の回折光と、本実施の形態における１／４円形状の回折光と短冊模様の１／２円状の回折光は、上記したように回折効率とホログラムパターンが同一であれば、光量も集光点も同じである。よって、ＳＳＤ法によるフォーカスエラー検出信号ＦＥは以下の式により算出される。
ＦＥ＝ＦＥ１＋ＦＥ３−ＦＥ２−ＦＥ４ （式３）
次に、回折格子素子３により形成される、１／４円形状の回折光と短冊模様の１／２円状の回折光がどのようなピット情報を有するかについて、図７、８を用いて説明する。
図７に示した回折格子素子は、図６に示した回折格子素子３と同じであり、図８に示した従来の回折格子素子は、図２で示した領域分割を用いると、第４領域に第１領域と同じホログラム１３を、第３領域に第２領域と同じホログラム１４を配置したもので、ここでは、回折格子素子３０とする。その他の構成については本実施の形態における構成と全く同じである。
半導体レーザより射出され、光軸９を通って対物レンズにて集光された収束光が光ディスク１表面上のピット列に対して、ラジアル方向にやや左側にずれた位置に入射し、反射された場合を考える（図７（ａ）、図８（ａ））。
ピット列表面は、ピット外表面と比較して反射率が低いため、ピット列表面にて反射された反射光２７ａは、ピット列外表面にて反射された反射光２７ｂより光量が低下する（図７（ｂ）、図８（ｂ））。この反射光２７ａ、２７ｂよりなる反射光２７が光軸９を通り回折格子素子３、あるいは、回折格子素子３０へ入射し、回折されると、図７（ｃ）、図８（ｃ）に示す４つの＋１次回折光が発生する。ここでは、−１次回折光については省略して説明する。
第１領域からの回折光を２８ｕ、第２領域からの回折光を２９ｕ、第３、４領域からの回折光で、かつ、第１領域と同一のホログラム１３による回折光を２８ｄ、第３、４領域からの回折光で、かつ、第２領域と同一のホログラム１４による回折光を２９ｄとする。
回折光２８ｕと回折光２９ｕは、図７（ｃ）と図８（ｃ）の場合において、それぞれ同じである。回折光２８ｕと２９ｕの光量差から、ピット列中心と光軸９とのずれを読み取ることができる。
一方、図７（ｃ）における回折光２８ｄは、図８（ｃ）における回折光２８ｄの一部と回折光２９ｄの一部を有し、また、図７（ｃ）における回折光２９ｄは、図８（ｃ）における回折光２８ｄの一部と回折光２９ｄの一部を有している。
このことは、本来、反射光２７内に存在したラジアル方向の光量差が、図７（ｃ）における回折光２８ｄ、２９ｄには反映されておらず、反射光２７に含まれるピット列位置ラジアル方向に関する情報は回折光２８ｄ、２９ｄからは読み取れないことを意味する。
ただし、タンジェンシャル方向のピット列の有無に関する情報は失われないため、光ディスク上データの読み取り能力が低下することはない。また、第３、４領域の分割数が少ない場合、第３、４領域に入射した反射光２７内の光量分布の偏りを平均化する効果が低下する可能性がある。また、分割数が多く、各領域に配置されたホログラムを形成する回折格子数が極端に少ない場合、ホログラムの回折、レンズ機能が低下する可能性がある。
次にＤＰＰ法、および、ＤＰＤ法によるトラッキングエラー信号の検出方法について説明する。検出演算に際しては、図４に示した６つの光電変換信号ＦＥ１〜ＦＥ４、Ｅ、Ｆを使用する。各演算式は下記のとおりである。
ＤＰＰ法によるトラッキングエラー検出信号ＴＥ（ＤＰＰ）は、
ＴＥ（ＤＰＰ）＝（ＦＥ１＋ＦＥ２−ＦＥ３−ＦＥ４）＋ｋ×（Ｅ−Ｆ） （式４）
ＤＰＤ法によるトラッキングエラー検出信号ＴＥ（ＤＰＤ）は、信号（ＦＥ１＋ＦＥ２）と（ＦＥ３＋ＦＥ４）との位相差から求める。
まず、ＤＰＰ法によるトラッキングエラー検出方法について説明する。光電変換信号ＦＥ１、ＦＥ２の和は、図４を参照すると、受光領域１８、１９に照射した±１次回折光１６＋、１６−に起因する光電変換信号の和である。つまり、回折格子素子３の第１領域と第３、４領域中の第１領域と同一のホログラム１３が配置された領域からの回折光によって発生した信号である。
光電変換信号ＦＥ３、ＦＥ４の和は、図４を参照すると、受光領域２０、２１に照射した±１次回折光１５＋、１５−に起因する光電変換信号の和である。つまり、回折格子素子３の第２領域と第３、４領域中の第２領域と同一のホログラム１４が配置された領域からの回折光によって発生した信号である。
上記（式４）から、トラッキングエラー信号は、回折格子素子３の第１領域と第３、４領域中の第１領域と同一のホログラム１３が配置された領域からの回折光の光量と、回折格子素子３の第２領域と第３、４領域中の第２領域と同一のホログラム１４が配置された領域からの回折光の光量を比較した信号であることがわかる。
図７、８を用いて上記したように、第１、２領域からの回折光にはピット列位置ラジアル方向情報が含まれており、第３、４領域からの回折光にはこの情報は含まれていない。
よって、ピット列位置ラジアル方向情報に関しては、第１、２領域での回折光の持つ情報を比較することになるが、これらの情報のみでも、プッシュプル法を用いることができることは、従来の技術で説明した事項から容易に理解できるものである。
ただし、図８で示した回折格子素子３０を使用した場合と比較して、上記の検出信号レベルは半分になる。これは、第３、４領域にて回折された回折光には、ピット列のラジアル方向に関する情報が含まれておらず、これらの回折光を利用できないためである。
次に、ＤＰＤ法によるトラッキングエラー検出方法について説明する。
ＤＰＤ法によるトラッキングエラー信号検出に関して、ＤＰＤ法のみ考慮する場合、受光領域は２分割でよく、外部出力端子は４端子でよいことはすでに説明したとおりである。
図１２、図１７を再び用いて説明すると、各受光領域から各外部端子までの途中で結線して加算された光電変換信号、例えば、光電変換信号（Ｒｕ＋ ＋ Ｒｕ−）は、回折格子素子１０６内の第２領域１０７ｂを、光軸１０３を通るラジアル方向と平行な直線１２０で分割し、光ディスク１０１上のピット列通過方向に関して左側から右回りに領域Ｉ、II、III、IVとした際の、領域IIからの±１次回折光の光電変換信号である。
つまり、ＤＰＤ法を用いる場合には、光軸を通り、かつ、タンジェンシャル方向とラジアル方向に分割された１／４円状の反射光が持つ位相情報を、ラジアル方向に隣り合う１／４円状の反射光と比較することになる。図１２を用いて示すと、（領域Ｉ＋領域III）からの信号と（領域II＋領域IV）からの信号との位相を比較することになる。
図１２に示した従来例では、領域ＩとIV、あるいは、領域IIとIIIには、同じ位相情報が含まれている。そのため、本実施の形態に示したように各受光領域が中央で分割されていない場合は、本来、領域ＩとIV、あるいは、領域IIとIIIに入射する信号を分別して出力することは不可能であった。
しかし、本実施の形態では、図１２に示した回折格子素子１０６の領域III、IVに対応する部位が、回折格子素子３における第３、４領域に当たり、この領域に入射した反射光に含まれるピット列位置のラジアル方向に関する情報は回折光に反映されない。
つまり、受光素子基板６内の受光領域１８〜２１に照射する回折光は、その領域表面上で、１／４円形状の回折光と短冊模様の１／２円状の回折光からなる光パターン形状をしているが、ピット列位置のラジアル方向に関する情報を有するのは、１／４円形状の回折光のみである。そのため、各受光領域を中央で分割しなくとも、（領域Ｉ＋領域III）からの信号と（領域II＋領域IV）からの信号、すなわち、信号（ＦＥ１＋ＦＥ２）と（ＦＥ３＋ＦＥ４）との間で位相信号の差が取れることとなり、ＤＰＤ法によるトラッキングエラー検出信号を得ることが可能となる。
ただし、従来例と比較して、検出信号量は半分になるのは、ＤＰＰ法の説明で述べたのと同じ理由である。
なお、本実施の形態では、第３領域と第４領域を各々５分割としたが、分割数は特にこれに限定されるものではなく、分割間隔、分割方向についても規定するものではない。ただし、分割数が少ない場合、第３、４領域に入射した反射光１０内の光量分布の偏りを平均化する効果が低下し、ＤＰＤ信号の安定性が低下する可能性がある。また、分割数が多く、各領域に配置されたホログラムを形成する回折格子数が極端に少ない場合、ホログラムの回折、レンズ機能が低下する可能性がある。
また、回折格子素子３におけるタンジェンシャル方向領域の分割線である直線１２の位置についても特に規定するものではない。
（変形例）
図９は、本実施の形態における光ピックアップ装置に利用可能な回折格子素子の変形例を示した図である。なお、その他の構成については、図１に示した形態と同一であるものとする。
本変形例の回折格子素子３３と、上記した回折格子素子３との相違は、回折格子素子を４分割する直線の内、ラジアル方向に平行な直線３４が光軸９を通っておらず、光軸９を通り、かつ、ラジアル方向に平行な直線３５より距離ｘだけ離れている点である。
対物レンズ２を通過した後の半導体レーザ出力が同じ値で、各システム構成材料での回折・透過効率がすべて同一であると仮定して、従来例と本実施の形態を比較した場合、ＳＳＤ法によるフォーカスエラー検出信号、ＤＰＰ法によるトラッキングエラー検出信号、ＤＰＤ法によるトラッキングエラー検出信号の出力は、それぞれ従来例の等倍、１／２倍、１／２倍となることは既に述べたとおりである。
信号量が低下することはシステムの安定動作上、不利であり、可能な限り信号量が取れることが望ましい。そもそも、ＣＤ系の複合システムでは、トラッキングエラー検出方法としてＤＰＰ法が主流であり、ＤＰＤ法はあくまでＤＰＰ法が使用不可能な光ディスクに対しての補助的なシステムである。
回折格子素子３３は、その点を考慮し、ＤＰＤ法による検出信号の低下を犠牲にして、ＤＰＰ法による検出信号の低下を抑制しうるものである。
図１０は、上記した距離ｘとＤＰＰ法による検出信号量およびＤＰＤ法による検出信号量の関係を模式的に示したものである。ＤＰＰ法による検出信号量は、ｘ＜０、つまり、直線３４が紙面下方にシフトした場合、信号レベルが上がり、ｘ＞０、つまり、直線３４が紙面上方にシフトした場合、信号レベルが下がる。
一方、ＤＰＤ法による検出信号レベルは、ｘ＝０の時最大となり、ｘ＝０から離れるにしたがって低下する。そこで、ｘを適切に選択することにより、ＤＰＤ法による検出信号レベルを必要なレベル確保しつつ、ＤＰＰ法による検出信号レベルの低下を抑制した、光ピックアップの製作が可能となる。
以上のように本実施の形態によれば、光を情報記録媒体に照射し、前記情報記録媒体からの反射光を用いて情報を読み取る光ピックアップにおいて、受光素子基板内の回路が比較的簡素で、外部出力端子も少なく、ＳＳＤ法によるフォーカスエラー検出信号、ＤＰＰ法とＤＰＤ法によるトラッキングエラー検出信号とが検出可能な小型で低コストの光ピックアップを実現できる。
本発明に係る光ピックアップは、規格の異なる光ディスクを同一のシステムで扱うことを可能にする光ピックアップとして特に有用である。
本発明の一実施の形態における光ピックアップの概略斜視図 本発明の一実施の形態における光ピックアップに用いる回折格子素子の平面図 本発明の一実施の形態における光ピックアップに用いる受光素子基板の平面図 本発明の一実施の形態における受光素子基板上に配置された受光領域の各領域部の結線図 本発明の一実施の形態における回折格子素子による±1次回折光の光路説明図 本発明の一実施の形態における回折光パターンを示す図 本発明の一実施の形態における回折光パターンの詳細を説明する図 従来の技術における回折光パターンの詳細を説明する図 本発明の一実施の形態における回折格子素子の変形例を示す図 本発明の一実施の形態における回折格子素子分割位置とトラッキングエラー検出信号の相関説明図 従来の技術における光ピックアップの概略斜視図 従来の技術における光ピックアップで用いられる回折格子素子の平面図 従来の技術における光ピックアップで用いられる受光素子基板の平面図 従来の技術における４つの受光領域に入射した回折光からＳＳＤ法によるフォーカスエラー信号を求める方法を示す模式図 従来の技術における４つの受光領域に入射した回折光からＳＳＤ法によるトラッキングエラー検出信号を求める方法を示す模式図 従来の技術における４つの受光領域を各々４分割した際の各領域部と外部出力端子との接続を示した一例を示す図 従来の技術における４つの受光領域を各々４分割した際の各領域部と外部出力端子との接続を示した別の一例を示す図 従来の技術における４つの受光領域を各々４分割した際の各領域部と外部出力端子との接続を示したさらなる別の一例を示す図
符号の説明
１ 光ディスク
２ 対物レンズ
３ 回折格子素子
４ ３ビーム用回折格子
６ 受光素子基板
９ 光軸
１０ 反射光
１１ ラジアル方向分割線
１２ タンジェンシャル方向分割線
１２＋ ＋１次回折光回折方向
１２− −１次回折光回折方向
１３ ホログラム
１４ ホログラム
１５＋ ホログラム１４からの＋１次回折光
１５− ホログラム１４からの−１次回折光
１６＋ ホログラム１３からの＋１次回折光
１６− ホログラム１３からの−１次回折光
１７ 回折格子素子３と光軸９の交点
１８〜２５ 受光領域
２６ 受光領域１８〜２１の中央分割線
２７ａ ピット列表面での反射光
２７ｂ ピット列外表面での反射光
２８ｕ 回折格子素子３における第１領域での＋１次回折光
２９ｄ、２８ｄ 回折格子素子３における第３、４領域での＋１次回折光
２９ｕ 回折格子素子３における第２領域での＋１次回折光
３３ 回折格子素子
３４ タンジェンシャル方向分割線
３５ 光軸９を通るタンジェンシャル方向分割線
１０１ 光ディスク
１０２ 反射光
１０３ 光軸
１０４ タンジェンシャル方向
１０５ ラジアル方向
１０６ 回折格子素子
１０７ ホログラム
１０７ａ 第１領域
１０７ｂ 第２領域
１０８ａ＋〜１０８ｂ− 回折光パターン
１０９ 受光素子基板
１０９ａ＋〜１０９ｂ− 受光領域
１１０ａ 受光領域１０９ａ＋、１０９ａ−の中央分割線
１１０ｂ 受光領域１０９ｂ＋、１０９ｂ−の中央分割線
１２０ タンジェンシャル方向分割線

Claims (6)

  1. 光を情報記録媒体に照射し、前記情報記録媒体からの反射光を用いて前記情報記録媒体上の情報を読み取る光ピックアップであって、
    光源と、
    前記反射光を受光して、光信号を電気信号に変換する受光素子と、
    前記情報記録媒体からの反射光を回折して前記受光素子に導く回折格子素子とを少なくとも有し、
    前記回折格子素子は、
    回折格子領域が第１の分割線となる直線により上下に分割された回折格子素子であって、
    前記第１の分割線の上部領域は、前記第１の分割線と直交する第２の分割線となる直線によって左右に分割され、かつ左側の領域は第１の回折格子パターンを、右側の領域は前記第１の回折格子パターンと異なる回折角を有する第２の回折格子パターンを有しており、
    前記第１の分割線の下部領域は、前記第２の分割線と平行な方向に複数分割されており、
    前記複数の分割領域は前記第１の回折格子パターンを有する領域と前記第２の回折格子パターンを有する領域とが交互に配されており、
    前記第２の分割線は前記情報記録媒体上に形成されたピット列の接線方向と平行であり、前記光源から前記情報記録媒体に向けて射出される光の光軸は、前記第２の分割線あるいはその延長線と交わっており、
    前記光軸と前記第１の分割線とは交わらないことを特徴とする光ピックアップ。
  2. 前記複数の分割領域のうち、少なくとも１組の隣り合う領域間の境界線が前記第２の分割線の延長線上にあることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
  3. 前記回折格子領域が一方の面に設けられ、前記一方の面と略平行な他方の面に３ビーム用回折格子が形成されており、光学的に透明な材料からなることを特徴する請求項１または２記載の光ピックアップ。
  4. 前記受光素子は、同一平面に形成された第１〜第４受光領域を少なくとも有しており、
    前記第１受光領域は、前記第１の分割線の上部領域のうち、前記第１の回折格子パターンを有する左側の領域からの＋１次回折光および前記第１の分割線の下部領域のうち、前記第１の回折格子パターンを有する領域からの＋１次回折光を受光し、
    前記第２受光領域は、前記第１の分割線の上部領域のうち、前記第１の回折格子パターンを有する左側の領域からの−１次回折光および前記第１の分割線の下部領域のうち、前記第１の回折格子パターンを有する領域からの−１次回折光を受光し、
    前記第３受光領域は、前記第１の分割線の上部領域のうち、前記第２の回折格子パターンを有する右側の領域からの＋１次回折光および前記第１の分割線の下部領域のうち、前記第２の回折格子パターンを有する領域からの＋１次回折光を受光し、
    前記第４受光領域は、前記第１の分割線の上部領域のうち、前記第２の回折格子パターンを有する右側の領域からの−１次回折光および前記第１の分割線の下部領域のうち、前記第２の回折格子パターンを有する領域からの−次回折光を受光することを
    特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
  5. 前記第１〜第４受光領域は、前記第１の分割線と平行な方向にそれぞれ３分割されており、
    前記第１〜第４受光領域中の各分割領域からの光電変換信号を演算処理する回路をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ。
  6. フォーカスエラー信号の検出はスポットサイズ検出法（ＳＳＤ法）により行い、トラッキングエラー信号の検出は差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）あるいは位相差検出法（ＤＰＤ法）により行うことを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ。
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