JP4509003B2 - 回折格子、光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、回折格子、光ピックアップ装置に関する。

現在、情報の記録／再生のための光ディスク媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等が普及している。この光ディスク媒体に対する情報の記録／再生は、当該光ディスク媒体に螺旋状に形成されたトラックのうちの所望のトラックに対して、対物レンズにて集光するレーザー光の焦点（以下、集光スポットという）を正確に照射させる必要がある。そのため、光ディスク媒体からのレーザー光の反射光（トラック形状による回折光を含む。以下、反射光という記載は当該回折光も含むものとする）に基づいて、トラッキング制御やフォーカシング制御等が施されることとなる。

トラッキング制御を行うための方法としては、例えば、３ビーム法、プッシュプル法、差動プッシュプル法（以下、ＤＰＰ（Differential・Push・Pull）法という）等が知られている。特に、隣接するトラック間の距離（以下、トラックピッチＴｐという）が異なる光ディスク媒体（例えば、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）：トラックピッチ１．２３μｍ）と、ＤＶＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）：トラックピッチ０．７４μｍ）に対して、対物レンズを兼用して記録／再生を行う場合、トラッキングエラー信号（以下、ＤＰＰ信号という）を検出するために、一般的にＤＰＰ法が用いられている。そして、このＤＰＰ法を用いてトラッキング制御を行う場合、レーザー光を出射する半導体レーザーから光ディスク媒体までの往路光学系において、当該レーザー光を回折し、例えば０次光（以下、０次光をメインビームという）と±１次高次回折光（以下、＋１次高次回折光を先行サブビーム、−１次高次回折光を後行サブビームという）を発生する回折格子が用いられている。

例えば、特許文献１においては、図７上に示す回折格子（以下、２分割回折格子１０１という）が用いられている。この２分割回折格子１０１は、格子溝１０２（又は格子面１０３。以下、格子面１０３は略する）が所定の周期で連続する第１周期構造１０４と、当該所定の周期と同一周期であって、且つ、第１周期構造１０４の格子溝１０２の位相に対し略１８０度位相が異なる格子溝１０２が連続する第２周期構造１０５から構成されている。この第１周期構造１０４の格子溝１０２と第２周期構造１０５の格子溝１０２の位相が略１８０度異なることによって、当該第１周期構造１０４からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）に対する当該第２周期構造１０５からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）は、位相が略１８０異なることとなる。

そして、この２分割回折格子１０１は、半導体レーザーからのレーザー光の中心が第１周期構造１０４と第２周期構造１０５の境界線１０６上となるとき（つまり、第１周期構造１０４と第２周期構造１０５に対してレーザー光が等しい領域で照射されるとき）、且つ、第１周期構造１０４と第２周期構造１０５により発生した位相分布の境界が光軸中心と一致するとき、当該第１周期構造１０４からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）の領域と、当該第２周期構造１０５からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）の領域とが等しくなる。この結果、光ディスク媒体のトラックに対して集光した先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットは、図７下に示すようになる。そして、当該先行サブビーム、後行サブビームの反射光を光検出器等で受光してサブプッシュプル信号（以下、ＳＰＰ信号という）を生成する。また、メインビームの反射光を光検出器で受光したメインプッシュプル信号（以下、ＭＰＰ信号という）を生成する。そして、ＭＰＰ信号−ｋ×ＳＰＰ信号（ｋは、トラッキング制御により対物レンズが光ディスク媒体の径方向に変位する（以下、対物レンズシフトという）ことによるＤＣオフセットをキャンセルするべく定まる値）を演算することによって、ＤＰＰ信号を検出してトラッキング制御を行うこととなる。

また、特許文献２においては、図８上に示す回折格子（以下、３分割回折格子１０６という）が用いられている。この３分割回折格子１０６は、格子溝１０２が所定の周期で連続する第１周期構造１０７、第２周期構造１０８、第３周期構造１０９を有している。そして、第１周期構造１０７は、第２周期構造１０８の格子溝１０２の位相に対し、略＋９０度位相が異なる格子溝１０２から構成されている。また、第３周期構造１０９は、第２周期構造１０８の格子溝１０２の位相に対し、略−９０度位相が異なる格子溝１０２から構成されている。この結果、第１周期構造１０７の格子溝１０２と第３周期構造１０９の格子溝１０２の位相が略１８０度異なることとなり、当該第１周期構造１０７からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）に対する当該第３周期構造１０９からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）は、位相が略１８０異なることとなる。

そして、この３分割回折格子１０６は、半導体レーザーからのレーザー光の中心が、第２周期構造１０８の中心となるとき（つまり、第１周期構造１０７と第３周期構造１０９に対してレーザー光が等しい領域で照射されるとき）、且つ、第１周期構造１０７と第３周期構造１０９により発生した位相分布の境界の中心が光軸中心と一致するとき、当該第１周期構造１０７からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）の領域と当該第２周期構造１０８からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）の領域と当該第３周期構造１０９からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）の領域とが等しい領域となる。この結果、光ディスク媒体のトラックに対して集光した先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットは、図８下に示すようになる。そして、前述したようにＤＰＰ信号を生成してトラッキング制御を行うこととなる。
特開平１１−２９６８７５号 特開２００４−１４５９１５号

しかしながら、前述した２分割回折格子１０１、３分割回折格子１０６等の従来の回折格子においては、光軸中心に対する当該回折格子の位置調整を厳密に行う必要があった。

仮に、回折格子が光ディスク媒体の径方向にずれた場合（図９上、図１０上参照）、異なる周期構造からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）に付加された位相の領域が光軸中心に対し等しい領域とならない可能性があり、この結果、当該先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットが変化する（図９下、図１０下参照）可能性があった。また、対物レンズシフトする場合においても、先行サブビーム又は後行サブビームに付加された位相の領域がずれるため集光スポットは変化することとなるが、回折格子がずれた場合、先行サブビーム又は後行サブビームに付加された位相の領域のずれが更に大きくなることとなる。

例えば、図９下は、同図下に示すように２分割回折格子１０１が径方向にずれた場合の、先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットを示した図である。また、図１０下は、図１０上に示すように３分割回折格子１０６が径方向にずれた場合の、先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットを示した図である。そして、このように、集光スポットが変化することによりＳＰＰ信号が悪化し、光ディスク媒体の径方向への対物レンズの変位に対するＤＰＰ信号の変化（以下、視野特性という）が劣化する可能性があった。この視野特性を図示すると、図１１は、回折格子の径方向へのずれが発生していない場合の視野特性を示すものである。また、図１２は、回折格子の径方向へのずれが発生した場合の視野特性を示すものである。図１２に示すとおり、回折格子の径方向へのずれが発生した場合、ＳＰＰ信号が悪化し、これに伴ってＤＰＰ信号が劣化してしまう可能性があった。そのため、対物レンズの許容変位幅を非常に狭小な範囲に限定せざるを得ず、当該対物レンズが組み込まれる光ピックアップ装置の実用性が大きく阻害される可能性があった。

このような視野特性の劣化を防ぐために回折格子の位置調整を厳密に行う必要があった。しかしながら、回折格子の位置調整を厳密に行うためには、位置調整のための機器等を必要とすることとなり、コストアップ、位置調整のための作業が煩雑になるという可能性があった。

そこで、本発明は、位置ずれの発生の有無にかかわらず視野特性が良好となる回折格子を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための発明は、一定幅の第１溝を当該幅方向に一定間隔で繰り返し、光ディスク媒体に対して出射されるレーザー光を回折することにより、０次光、１次以上の正の第１高次回折光、１次以上の負の第１高次回折光を発生する第１格子溝と、前記一定幅の第２溝を当該幅方向に前記一定間隔で繰り返し、且つ、前記第１溝に対して前記第２溝をずらすとともに前記第１格子溝に隣接し、前記レーザー光を回折することにより、０次光、前記第１溝に対する前記第２溝のずれに応じた１次以上の正の第２高次回折光、前記第１溝に対する前記第２溝のずれに応じた１次以上の負の第２高次回折光を発生する第２格子溝と、を有する回折格子において、前記第１格子溝及び前記第２格子溝の隣接方向と直交する方向のそれぞれの長さは、前記０次光、前記正の第１及び第２高次回折光、前記負の第１及び第２高次回折光を前記光ディスク媒体に集光するための対物レンズの有効径の１／２以下であり、前記第１溝同士又は前記第２溝同士の隣接する辺の方向と、前記第１格子溝及び前記第２格子溝の隣接方向とがなす９０度以下の角度θは、
ｓｉｎθ＝（Ｌ・Ｐ）／（λ・ｆ０）
（但し、Ｐ・・・前記第１格子溝及び前記第２格子溝の前記隣接方向と直交する方向
のそれぞれの長さ
λ・・・前記レーザー光の波長
ｆ０・・前記対物レンズの焦点距離
Ｌ・・・ｃｏｓ（Ｌ・π／Ｔｐ（１））≒・・≒ｃｏｓ（Ｌ・π／Ｔｐ（ｎ））
を満たす共通の値
但し、Ｔｐ（１）・・Ｔｐ（ｎ）は、前記光ディスク媒体が複数（ｎ）
種類の場合の前記光ディスク媒体の各トラックピッチ）
を満たすことを特徴とする。

また、光ディスク媒体に対してレーザー光を出射するレーザー素子と、一定幅の第１溝を当該幅方向に一定間隔で繰り返し、光ディスク媒体に対して出射されるレーザー光を回折することにより、０次光、１次以上の正の第１高次回折光、１次以上の負の第１高次回折光を発生する第１格子溝と、前記一定幅の第２溝を当該幅方向に前記一定間隔で繰り返し、且つ、前記第１溝に対して前記第２溝をずらすとともに前記第１格子溝に隣接し、前記レーザー光を回折することにより、０次光、前記第１溝に対する前記第２溝のずれに応じた１次以上の正の第２高次回折光、前記第１溝に対する前記第２溝のずれに応じた１次以上の負の第２高次回折光を発生する第２格子溝と、を有する回折格子と、前記０次光、前記正の第１及び第２高次回折光、前記負の第１及び第２高次回折光を前記光ディスク媒体に集光するための対物レンズと、を備えた光ピックアップ装置において、前記回折格子における前記第１格子溝及び前記第２格子溝の隣接方向と直交する方向のそれぞれの長さは、前記対物レンズの有効径の１／２以下であり、前記第１溝同士又は前記第２溝同士の隣接する辺の方向と、前記第１格子溝及び前記第２格子溝の隣接方向とがなす９０度以下の角度θは、
ｓｉｎθ＝（Ｌ・Ｐ）／（λ・ｆ０）
（但し、Ｐ・・・前記第１格子溝及び前記第２格子溝の前記隣接方向と直交する方向
のそれぞれの長さ
λ・・・前記レーザー光の波長
ｆ０・・前記対物レンズの焦点距離
Ｌ・・・ｃｏｓ（Ｌ・π／Ｔｐ（１））≒・・≒ｃｏｓ（Ｌ・π／Ｔｐ（ｎ））
を満たす共通の値
但し、Ｔｐ（１）・・Ｔｐ（ｎ）は、前記光ディスク媒体が複数（ｎ）
種類の場合の前記光ディスク媒体の各トラックピッチ）
を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、位置ずれの発生の有無にかかわらず視野特性が良好となる回折格子を提供することが可能となる。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＜＜本発明に係る回折格子２を適用した光ピックアップ装置の全体構成例＞＞
図１、図２を参照しつつ、本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成について説明する。図１は、光ピックアップ装置の全体構成の一例を示す機能ブロック図である。図２は、図１に示す光検出器９の詳細図である。

光ピックアップ装置は、半導体レーザー１、回折格子２、コリメータレンズ３、ビームスプリッタ４、絞り５、対物レンズ６、レンズホルダー７、検出光学系８、光検出器９を有する。尚、図１に示す光ピックアップ装置は、一般的な光ピックアップ装置が有する光学系（例えば、１／４波長板等）や光学部品、レンズホルダー７を対物レンズ６、絞り５とともにフォーカス方向（Ｘ方向：レーザー光の光軸方向）やトラッキング方向（Ｙ方向：光ディスク媒体１０の径方向）に移動するためのアクチュエータ等は省略している。また、図１に示す光ピックアップ装置は、Ｘ方向への制御（つまりフォーカシング制御）を行うための光学系（例えば、シリンドリカルレンズ等）を省略しているが、本発明に係る回折格子２は、当該光学系を構成とする光ピックアップ装置においても当然に適用可能である。

半導体レーザー１は、例えばｐ型半導体とｎ型半導体をｐｎ接合したダイオードから構成されている。半導体レーザー１は、不図示の回路からの制御電圧が印加することにより、光ディスク媒体１０に対応した波長λのレーザー光（例えば、光ディスク媒体１０がＤＶＤである場合の波長６５０ｎｍ〜６６０ｎｍの赤色レーザー光）を回折格子２に出射する。

回折格子２は、後述する構成を有し、半導体レーザー１からのレーザー光を回折し、例えばメインビームと先行サブビーム、後行サブビームを発生し、コリメータレンズ３に出射する。
コリメータレンズ３は、回折格子２からのメインビーム、先行サブビーム、後行サブビームを平行光に変換して、ビームスプリッタ４に出射する。

ビームスプリッタ４は、コリメータレンズ３からのメインビーム、先行サブビーム、後行サブビームを透過して対物レンズ６に出射する。また、ビームスプリッタ４は、対物レンズ６を介した光ディスク媒体１０からのメインビーム、先行サブビーム、後行サブビームの反射光（以下、メインビームの反射光をメイン反射光、先行サブビームの反射光を先行サブ反射光、後行サブビームの反射光を後行サブ反射光という）を反射して、検出光学系８に出射する。

絞り５は、対物レンズ６の有効径ａ０を所望の有効径に定めるべく設けられる。詳述すると、絞り５は、対物レンズ６にて集光されるメインビーム、先行サブビーム、後行サブビームが光ディスク媒体１０のトラックに集光スポットを形成するように、当該対物レンズ６の焦点距離ｆ０、開口数ＮＡから一義的に定まる有効径ａ０（＝ｆ０×ＮＡ×２）とすべく設けられている。このため、絞り５は、当該有効径ａ０を超えるビームスプリッタ４からのメインビーム、先行サブビーム、後行サブビームの一部を遮光する。

対物レンズ６は、絞り５を介したビームスプリッタ４からのメインビーム、先行サブビーム、後行サブビームを集光して光ディスク媒体１０に出射する。この結果、光ディスク媒体１０のトラックに対して、メインビーム、先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットが形成されることとなる。また、対物レンズ６は、光ディスク媒体１０からのメイン反射光、先行サブ反射光、後行サブ反射光を平行光に変換して、ビームスプリッタ４に出射する。

レンズホルダー７は、対物レンズ６、絞り５を保持し、不図示のアクチュエータから供給される駆動力によって、Ｘ方向、又はＹ方向へ移動する。
検出光学系８は、例えば、集光レンズから構成され、ビームスプリッタ４からのメイン反射光、先行サブ反射光、後行サブ反射光を集光して光検出器９に出射する。
光検出器９は、検出光学系８からのメイン反射光、先行サブ反射光、後行サブ反射光を受光し、当該メイン反射光、先行サブ反射光、後行サブ反射光の光量に基づいてＤＰＰ信号を生成する。

以下、図２を参照しつつ、光検出器９によるＤＰＰ信号の生成について詳細に説明する。光検出器９は、メイン反射光を受光するための例えば４分割された４分割フォトディテクタ１２、先行サブ反射光を受光するための例えば２分割された２分割フォトディテクタ１３、後行サブ反射光を受光するための例えば２分割された２分割フォトディテクタ１４を有している。この４分割フォトディテクタ１２は、受光面Ａ乃至Ｄから構成されている。また、２分割フォトディテクタ１３は、受光面Ｅ、Ｆから構成されている。また、２分割フォトディテクタ１４は、受光面Ｇ、Ｆから構成されている。この受光面Ａ、Ｂと受光面Ｃ、Ｄとの分割線１６、受光面Ｅと受光面Ｆとの分割線１７、受光面Ｇと受光面Ｆとの分割線１７は、光ディスク媒体１０のトラックの方向（図１、Ｚ方向）と略同一方向になるように設けられている。

先ず、４分割フォトディテクタ１２において受光したメイン反射光に基づくＭＰＰ信号の生成について説明する。尚、４分割フォトディテクタ１２において受光するメイン反射光は、周知ように光ディスク媒体１０のトラックによってメインビームが回折されることにより、０次光と、当該０次光に±１次回折光の一部が重畳したスポットとなる。受光面Ａ、Ｂは、当該受光面Ａ、Ｂにおいて受光したメイン反射光の光量に応じたアナログ信号（以下、受光面Ａからのアナログ信号をＡ´、受光面Ｂからのアナログ信号をＢ´という）を加算器１９に出力する。加算器１９は、Ａ´とＢ´を加算した加算結果（Ａ´＋Ｂ´）を減算器２１に出力する。また、受光面Ｃ、Ｄは、当該受光面Ｃ、Ｄにおいて受光したメイン反射光の光量に応じたアナログ信号（以下、受光面Ｃからのアナログ信号をＣ´、受光面Ｄからのアナログ信号をＤ´という）を加算器２０に出力する。加算器２０は、Ｃ´とＤ´を加算した加算結果（Ｃ´＋Ｄ´）を減算器２１に出力する。減算器２１は、（Ａ´＋Ｂ´）から（Ｃ´＋Ｄ´）を減算した減算結果｛（Ａ´＋Ｂ´）−（Ｃ´＋Ｄ´）｝をＭＰＰ信号として、減算器２２に出力する。

次に、２分割フォトディテクタ１３において受光した先行サブ反射光に基づく、先行サブプッシュプル信号（以下、先行ＳＰＰ信号という）の生成について説明する。尚、２分割フォトディテクタ１３において受光した先行サブ反射光は、メイン反射光と同様に光ディスク媒体１０のトラックによって先行サブビームが回折されることにより、０次光と、当該０次光に±１次回折光の一部が重畳したスポットとなる。受光面Ｅは、当該受光面Ｅにおいて受光した先行サブ反射光の光量に応じたアナログ信号（以下、受光面Ｅからのアナログ信号をＥ´という）を減算器２３に出力する。また、受光面Ｆは、当該受光面Ｆにおいて受光した先行サブ反射光の光量に応じたアナログ信号（以下、受光面Ｆからのアナログ信号をＦ´という）を減算器２３に出力する。減算器２３は、Ｅ´からＦ´を減算した減算結果（Ｅ´−Ｆ´）を先行ＳＰＰ信号として、加算器２４に出力する。

次に、２分割フォトディテクタ１４において受光した後行サブ反射光に基づく、後行サブプッシュプル信号（以下、後行ＳＰＰ信号という）の生成について説明する。尚、２分割フォトディテクタ１４において受光した後行サブ反射光は、メイン反射光と同様に光ディスク媒体１０のトラックによって後行サブビームが回折されることにより、０次光と、当該０次光に±１次回折光の一部が重畳したスポットとなる。受光面Ｇは、当該受光面Ｇにおいて受光した後行サブ反射光の光量に応じたアナログ信号（以下、受光面Ｇからのアナログ信号をＧ´という）を減算器２５に出力する。また、受光面Ｈは、当該受光面Ｈにおいて受光した後行サブ反射光の光量に応じたアナログ信号（以下、受光面Ｈからのアナログ信号をＨ´という）を減算器２５に出力する。減算器２５は、Ｇ´からＨ´を減算した減算結果（Ｇ´−Ｈ´）を後行ＳＰＰ信号として、加算器２４に出力する。

加算器２４は、（Ｅ´−Ｆ´）と（Ｇ´−Ｈ´）を加算した加算結果｛（Ｅ´−Ｆ´）＋（Ｇ´−Ｈ´）｝をＳＰＰ信号として、増幅器２６に出力する。増幅器２６は、回折格子２にて回折した後のメインビームの光量と、対物レンズシフトにより発生する、受光面Ａ乃至Ｈにおけるスポットの位置ずれに起因して発生するＤＣオフセットをキャンセルするための増幅率ｋでＳＰＰ信号を増幅して、減算器２２に出力する。減算器２２は、ＭＰＰ信号｛（Ａ´＋Ｂ´）−（Ｃ´＋Ｄ´）｝から、増幅されたＳＰＰ信号ｋ｛（Ｅ´−Ｆ´）＋（Ｇ´−Ｈ´）｝を減算した減算結果［｛（Ａ´＋Ｂ´）−（Ｃ´＋Ｄ´）｝−ｋ｛（Ｅ´−Ｆ´）＋（Ｇ´−Ｈ´）｝］をＤＰＰ信号として、前述したアクチュエータを制御する不図示の制御回路に出力する。この結果、ＤＰＰ信号に基づく、Ｙ方向におけるトラッキング制御が行われることとなる。

尚、図２に示す光検出器９は、ＤＰＰ法を用いてＤＰＰ信号を生成する一般的な光検出器の一例を示すものであり、これに限るものではない。例えば、４分割フォトディテクタ１２に換えて２分割フォトディテクタを有する光検出器を用いても良い。

＜＜回折格子２の構成＞＞
図３乃至図５を参照しつつ、本発明に係る回折格子２の構成について説明する。図３は、図１−Ｘ方向から回折格子２を見たときの、当該回折格子２の正面図である。図４は、本発明に係る回折格子２を適用したときの、光ディスク媒体１０のトラックに対する、メインビーム、先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットを示す図である。図５は、先行サブビーム（又は後行サブビーム）を平面波で表したときの、当該先行サブビーム（又は後行サブビーム）における位相差の様子を模式的に示した図である。

回折格子２は、格子溝（第１溝）４０（又は格子面（一定間隔）４１。以下、格子面４１は略する）が所定の周期Ｐ１で連続する第１周期構造４２と第２周期構造４３が交互に隣接した構成となっている。この第１周期構造４２、第２周期構造４３によって、回折格子２は、半導体レーザー１からのレーザー光を回折してメインビーム（０次光）、先行サブビーム、後行サブビームを発生する。

回折格子２は、Ｙ方向（幅方向）において、同一の長さ（一定幅）である格子溝（第１溝）４０と格子面（一定間隔）４１が交互に繰り返す第１周期構造（第１格子溝）４２を有している。尚、Ｙ方向における１組の格子溝４０と格子面４１（以下、格子面４１は略する）との長さＰ１を周期と称して以下説明する。また、回折格子２は、Ｙ方向において、同一の長さである格子溝（第２溝）４０と格子面（一定間隔）４１が周期Ｐ１で繰り返す第２周期構造（第２格子溝）４３を有している。この第１周期構造４２、第２周期構造４３によって、回折格子２は、半導体レーザー１からのレーザー光を回折してメインビーム（０次光）、先行サブビーム、後行サブビームを発生する。

また、この第２周期構造４３の格子溝４０は、Ｙ方向において、第１周期構造４２の格子溝４０に対して当該格子溝４０の長さ（＝Ｐ１／２）ずれて形成されている。尚、以下、この第１周期構造４２の格子溝４０と第２周期構造４３の格子溝４０とが周期Ｐ１／２ずれていることを、第１周期構造４２の格子溝４０の位相と第２周期構造４３の格子溝４０の位相とは略＋１８０度位相が異なると称して説明する。つまり、第２周期構造４３の格子溝４０は、第１周期構造４２の格子溝４０の位相に対し、例えば略＋１８０度位相が異なるように形成されている。即ち、第２周期構造４３の格子溝４０は、第１周期構造４２の格子溝４０の周期Ｐ１の半周期（Ｐ１／２）分シフトして形成されている。この結果、第１周期構造４２からの先行サブビーム（１次以上の正の第１高次回折光）と、第２周期構造４３からの先行サブビーム（１次以上の正の第２高次回折光）とは、レーザー光の波長λの略＋１／２、つまり位相において略＋１８０度位相が異なるビームとなる。即ち、第１周期構造４２の格子溝４０の位相に対し、第２周期構造４３の格子溝４０の位相を略＋１８０度位相シフトすることによって、当該第２周期構造４３からの先行サブビームは、当該第１周期構造４２からの先行サブビームに対し略＋１８０度の位相差を付加したビームとなる。

尚、後行サブビームについては、第１周期構造４２からの先行サブビームと第２周期構造４３からの先行サブビームとの位相差が反転する。即ち、第１周期構造４２からの後行サブビーム（１次以上の負の第１高次回折光）は、第２周期構造４３からの後行サブビーム（１次以上の負の第２高次回折光）に対し略＋１８０度の位相差を付加したビームとなる。

次に、この第１周期構造４２と第２周期構造４３が接する方向（隣接方向。Ｚ方向（第１溝同士又は第２溝同士の隣接する辺の方向）に対して角θをなす方向、図３参照）と直交する方向の長さＰ２について、図１を参照しつつ詳述する。今、Ｘ方向における、半導体レーザー１の出射から回折格子２の出射位置までの長さをｄ、半導体レーザー１の出射位置からコリメータレンズ３の出射位置までの長さをｆｃとする。このとき、回折格子２からコリメータレンズ３までの光路（距離ｆｃ−ｄ）において、レーザー光は発散光であるためＰ２がＰ２´に拡大する。そして、このＰ２が拡大されたときの長さＰ２´は、
Ｐ２´＝ｆｃ×Ｐ２／ｄ
となる。そして、このＰ２´が、Ｐ２´≦ａ０／２を満たす長さとなるようにＰ２を定める。つまり、第１周期構造４２と第２周期構造４３の長さＰ２は、当該Ｐ２が回折格子２からコリメータレンズ３までの光路において拡大されたときのＰ２´が、対物レンズ６の有効径ａ０の１／２以下の長さとなるように設けられる。そして、第１周期構造４２と第２周期構造４３は、隣接方向と直交する方向に、このＰ２をもって交互に形成されている。

尚、本実施形態においては、回折格子２を、半導体レーザー１のからコリメータレンズ３までの光路間に設ける構成としたため、Ｐ２´に基づいてＰ２を定めたが、これに限るものではない。例えば、コリメータレンズ３の出射位置からビームスプリッタ４への入射位置までの光路間に回折格子２を設けることも可能である。この場合、Ｐ２がＰ２≦ａ０／２を満たす長さとなるように、当該Ｐ２は定められることとなる。

次に、図４を参照しつつ、第１周期構造４２と第２周期構造４３のＺ方向に対する所定の角度θについて詳述する。周知のようにＤＰＰ法においては、先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットが、光ディスク媒体１０のトラックピッチＴｐの１／２に位置となるとき、ＳＰＰ信号の信号振幅が最大となり、最も良好なトラッキング制御を行うことが可能となる。

そこで、この所定の角度θは、対物レンズ６にて集光された先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットが、トラックピッチＴｐの１／２の位置となるように定めることとなる。尚、位相差が付加した先行サブビーム、後行サブビームは、図４に示すように、光ディスク媒体１０のトラックに集光される際、分離して２つの集光スポット（以下、先行サブビームに基づいて形成された集光スポットを集光スポットＡ、Ｂ、後行サブビームに基づいて形成された集光スポットを集光スポットＣ、Ｄという）が形成される。この結果、Ｚ方向における集光スポットＡの中心と集光スポットＢの中心（或いは、集光スポットＣの中心と集光スポットＤの中心）との距離Ｌが、トラックピッチＴｐと等しくなるように所定の角度θを定めることとなる。このＬは、
Ｌ＝λ×ｆ０×sinθ／Ｐ２´
となる。更に、Ｌ＝Ｔｐとしてθを求める。そして、このように求められたθをもって、第１周期構造４２、第２周期構造４３をＺ方向に対して構成することにより、集光スポットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、トラックピッチＴｐの１／２に位置に形成されることとなり、信号振幅が最大となるＳＰＰ信号を得ることが可能となる。

そして、上述した構成の回折格子２を光ピックアップ装置に備えることによって、半導体レーザー１からのレーザー光は当該回折格子２にて回折され、図５に示すような位相差を有する先行サブビーム、後行サブビーム（但し、後行サブビームは、先行サブビームの位相（０とλ／２（＋１８０度））が反転する）となる。尚、以下の説明においては、図５に示す、先行サブビーム又は後行サブビームを平面波で表したときの位相差によるパターンを、位相パターンと称して説明する。また、以下の説明においては、先行サブビームの位相パターンについて説明するが、前述したように後行サブビームは先行サブビームの位相を単に反転したものであるため説明を省略する。

＜＜回折格子２のＹ方向へのずれ＞＞
図６、図１３を参照しつつ、本発明に係る回折格子２が−Ｙ方向に所定距離ｔずれた場合（以下、単に回折格子２ずれという）における、先行サブビームの位相パターンについて説明する。図６（ａ）は、回折格子２ずれが発生していないときの、当該回折格子２へのレーザー光の照射の様子及び先行サブビームの位相パターンを示す図である。また、図６（ｂ）は、回折格子２ずれが発生したときの、当該回折格子２へのレーザー光の照射の様子及び先行サブビームの位相パターンを示す図である。図１３は、本発明に係る回折格子２を用いた場合の視野特性を示した図である。尚、図１３に示す各信号は、対物レンズシフトが０μｍのときの値で規格化したものである。

図６（ａ）、（ｂ）の位相パターンを比較すると、回折格子２ずれが発生した場合であっても、位相パターンがほぼ同一に保たれていることが分かる。例えば、位相パターンにおける左下及び右上の位相差０の領域に着目すると、回折格子２のずれによって左下の位相差０の領域は減少しているが、右上の位相差０の領域は、左下の減少分と略等しく増加していることが分かる。つまり、位相パターンにおける、回折格子２ずれが発生したときの位相差０の全領域は、回折格子２ずれが発生していないときの位相差０の全領域とほぼ等しくなる。同様に、位相パターンにおける、回折格子２ずれが発生したときの位相差λ／２（＋１８０度）の全領域は、回折格子２ずれが発生していないときの位相差λ／２（＋１８０度）の全領域とほぼ等しくなる。何故ならば、前述したように、位相パターンのＰ２´は、Ｐ２に基づく長さであり、対物レンズ６の有効径ａ０の１／２以下となっているためである。

この結果、回折格子２ずれの発生の有無にかかわらず、ほぼ同一の位相パターンの先行サブビームがビームスプリッタ４を介して対物レンズ６に出射されることとなる。そのため、回折格子２ずれが発生したときの先行サブビームに基づく集光スポットＡ、Ｂは、回折格子２ずれが発生していないときの先行サブビームに基づく集光スポットＡ、Ｂとほぼ等しいものとなる。

そして、回折格子２ずれが発生したときの先行サブビームに基づく集光スポットＡ、Ｂの反射光である先行サブ反射光に基づいて、先行ＳＰＰ信号が生成されることとなる。同様に、回折格子２ずれが発生したときの後行サブビームに基づく集光スポットＣ、Ｄの反射光である後行サブ反射光に基づいて、後行ＳＰＰ信号が生成されることとなる。また、メイン反射光に基づいてＭＰＰ信号が生成される。そして、当該先行ＳＰＰ信号、後行ＳＰＰ信号に基づいてＳＰＰ信号が生成され、当該ＳＰＰ信号とＭＰＰ信号に基づいてＤＰＰ信号が生成されることとなる。つまり、回折格子２ずれが発生していないときのＤＰＰ信号とほぼ等しいＤＰＰ信号が生成されることとなる。この結果、図１３に示すような良好な視野特性を常に得ることが可能となり、対物レンズ６のＹ方向における許容変位幅を大きくすることが可能となる。

＜＜その他の実施形態＞＞
以上、本発明に係る回折格子２、光ピックアップ装置について説明したが、上記の説明は、本発明の理解を容易とするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得る。

＝＝回折格子２における所定の角度θのその他の形態＝＝
上述した実施形態によれば、所定の角度θをＬがトラックピッチＴｐと等しくなるように定めているが、これに限るものではない。

トラックピッチＴｐが異なる、例えば１．２３μｍのＤＶＤ−ＲＡＭと０．７４μｍＤＶＤ−Ｒ／ＲＷに対して、本発明に係る回折格子２が適用可能となるθを定めても良い。この場合、例えば、ＤＶＤ−ＲＡＭのトラックピッチをＴｐ１、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷのトラックピッチをＴｐ２とおく。そして、ＤＶＤ−ＲＡＭ及びＤＶＤ−Ｒ／ＲＷそれぞれにおいて、ＭＰＰ信号振幅に対するＳＰＰ信号振幅の割合を同程度とする場合、
cos（Ｌ×π／Ｔｐ１）≒cos（Ｌ×π／Ｔｐ２）
を満たす共通の値Ｌを算出する。上記式からＬについて解くと、Ｌ≒０．９２４μｍ×ｎ（ｎは整数）となる。そして、前述のＬ＝λ×ｆ０×sinθ／Ｐ２´からθを求める。そして、Ｚ方向に対して求めたθとなるように第１周期構造４２と第２周期構造４３が構成された回折格子２を形成する。このように形成された回折格子２は、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷに対して良好なＳＰＰ信号を生成させることが可能となる。尚、上述のように算出されるＬは、ＤＰＰ信号を検出する上で必要な条件である、ＭＰＰ信号とＳＰＰ信号とが逆相となる条件を満たす必要がある。

尚、上述によれば、トラックピッチＴｐが異なる２つの光ディスク媒体について説明したが、これに限るものではない。例えば、トラックピッチＴｐが異なる複数（ｎ）の光ディスク媒体においては、
cos（Ｌ×π／Ｔｐ１）≒cos（Ｌ×π／Ｔｐ２）≒・・≒cos（Ｌ×π／Ｔｐｎ）
を満たす共通の値Ｌを算出する。例えば、ｎ＝３である場合の共通の値Ｌを算出する方法の一例としては、
cos（Ｌ×π／Ｔｐ１）−cos（Ｌ×π／Ｔｐ２）、
cos（Ｌ×π／Ｔｐ１）−cos（Ｌ×π／Ｔｐ３）、
cos（Ｌ×π／Ｔｐ２）−cos（Ｌ×π／Ｔｐ３）、
のそれぞれの演算結果が、ゼロに最も近似するような共通の値Ｌを算出する。そして、共通の値Ｌに基づいて、θを求めることとなる。

つまり、λ、ｆ０が既知であれば、Ｌ、θを調整することが可能となり、トラックピッチＴｐが異なる各々の光ディスク媒体に対して、所望のＳＰＰ信号振幅を得ることが可能となる。この結果、トラックピッチＴｐが異なる光ディスク媒体に対しても、本発明に係る回折格子２は良好に適用可能となる。

＝第１周期構造４２の格子溝４０の位相に対する第２周期構造４３の格子溝４０の位相＝
上述した実施形態によれば、第１周期構造４２の格子溝４０の位相に対する、第２周期構造４３の格子溝４０の位相を略＋１８０度異なるように形成しているが、これに限るものではない。

例えば、第１周期構造４２の格子溝４０の位相に対する、第２周期構造４３の格子溝４０の位相を略＋９０度異なるように形成しても良い。即ち、第２周期構造４３の格子溝４０を、第１周期構造４２の格子溝４０の周期Ｐ１の１／４周期（Ｐ１／４）分シフトして形成しても良い。この結果、当該第２周期構造４３からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）は、当該第１周期構造４２からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）に対し略＋９０度の位相差が付加したビームとなる。そして、当該第１周期構造４２からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）、当該第２周期構造４３からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）を用いて、ＳＰＰ信号を生成してトラッキング制御を行っても良い。

或いは、第１周期構造４２の格子溝４０の位相に対する、第２周期構造４３の格子溝４０の位相を略＋４５度異なるように形成しても良い。即ち、第２周期構造４３の格子溝４０を、第１周期構造４２の格子溝４０の周期Ｐ１の１／８周期（Ｐ１／８）分シフトして形成しても良い。この結果、当該第２周期構造４３からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）は、当該第１周期構造４２からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）に対し略＋４５度の位相差が付加したビームとなる。そして、当該第１周期構造４２からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）、当該第２周期構造４３からの先行サブビーム（又は後行サブビーム）を用いて、ＳＰＰ信号を生成してトラッキング制御を行っても良い。

尚、上述した実施形態において、第１周期構造４２の格子溝４０と第２周期構造４３の格子溝４０の位相が略＋１８０度異なる回折格子２を用いた理由は、当該位相が１８０度異なるとき、先行サブビーム、後行サブビームに基づく集光スポットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの光量が最大となるためである。この結果、先行サブ反射光、後行サブ反射光の光量も最大となり、トラッキング制御をより厳密かつ確実に行うことが可能となるためである。

上述した実施形態及びその他の実施形態によれば、第１周期構造４２及び第２周期構造４３の隣接方向と直交する方向のそれぞれの長さＰ２が、対物レンズ６の有効径ａ０の１／２以下となる回折格子２を提供することが可能となる。この結果、回折格子２ずれが発生する場合の先行サブビーム（及び後行サブビーム）の位相パターンを、回折格子２ずれが発生していない場合の先行サブビーム（及び後行サブビーム）の位相パターンとほぼ同一に保つことが可能となる。そのため、先行サブビーム（及び後行サブビーム）の集光スポットが回折格子２ずれの発生の有無にかかわらずほぼ同一に形成され、良好な視野特性を得ることが可能となる。

更に、第１周期構造４２と第２周期構造４３の隣接方向において、第１周期構造４２の格子溝４０と第２周期構造４３の格子溝４０とを略１８０度ずらすことにより、より光量が大きい先行サブビーム、後行サブビームを光ディスク媒体１０に入射することが可能となる。この結果、当該先行サブビーム、後行サブビームの反射光である先行サブ反射光、後行サブ反射光に基づいて、より正確なトラッキング制御を行うことが可能となる。

更に、Ｚ方向に対する第１周期構造４２及び第２周期構造４３の角度θを、ｓｉｎθ＝｛Ｔｐ・Ｐ２´（コリメータレンズ３以降の光路に回折格子２が設けられる場合Ｐ２）｝／（λ・ｆ０）を満たすようにすることによって、先行サブビームの集光スポットＡ、Ｂ、及び後行サブビームの集光スポットＣ、Ｄの間隔Ｌを、トラックピッチＴｐと等しくすることが可能となる。この結果、先行サブ反射光、後行サブ反射光に基づくＳＰＰ信号の信号振幅が最大となり、より確実なトラッキング制御を行うことが可能となる。

また、Ｚ方向に対する第１周期構造４２及び第２周期構造４３の角度θが、ｓｉｎθ＝｛Ｌ（cos（Ｌ・π／Ｔｐ（１））≒・・≒cos（Ｌ・π／Ｔｐ（ｎ））を満たす共通の値。但し、Ｔｐ（１）・・Ｔｐ（ｎ）は、光ディスク媒体１０が複数（ｎ）種類の場合の光ディスク媒体１０の各トラックピッチ）・Ｐ２´（コリメータレンズ３以降の光路に回折格子２が設けられる場合Ｐ２）｝／（λ・ｆ０）を満たすようにすることが可能となる。この結果、各々の光ディスク媒体１０に対して、ＭＰＰ信号振幅に対するＳＰＰ信号振幅の割合を同程度とすることが可能となり、複数の光ディスク媒体に対するトラッキング制御を行うことが可能となる。

更に、例えば、本発明に係る回折格子２をコリメータレンズ３とビームスプリッタ４間の光路に設けることによって（つまり、レーザー光が平行光に変換した後の光路に設けることによって）、先行サブビーム、後行サブビームはＰ２のままビームスプリッタ４に入射することとなる。この結果、レーザー光が発散することを考慮することなく、回折格子２の構成を容易に設計することが可能となる。

また、図１に示す光ピックアップ装置のように、本発明に係る回折格子２を、半導体レーザー１とコリメータレンズ３間の光路に設ける（つまり、レーザー光が平行光に変換する前の光路に設ける）ことも可能となる。この結果、本発明に係る回折格子２は、光ピックアップ装置に対してより汎用的に適用することが可能となる。

また、上述の回折格子２を適用した光ピックアップ装置を提供することが可能となる。この結果、視野特性が良好となる光ピックアップ装置を、光ディスク媒体１０（トラックピッチＴｐが異なる複数の光ディスク媒体を含む）に対するトラッキング制御に用いることが可能となる。

本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成の一例を示す機能ブロック図である。 図１に示す光検出器９の詳細図である。 図１−Ｘ方向から回折格子２を見たときの、当該回折格子２の正面図である。 光ディスク媒体１０のトラックに対する、メインビーム、先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットを示す図である。 先行サブビーム又は後行サブビームを平面波で表したときの、位相差が付加されている様子を模式的に示した図である。 回折格子２ずれが発生していないとき及び発生したときの、当該回折格子２へのレーザー光の照射及び先行サブビームの位相パターンを示す図である。 ２分割回折格子１０１、及び、当該２分割回折格子１０１におけるメインビーム、先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットを示す図である。 ３分割回折格子１０６、及び、当該３分割回折格子１０６におけるメインビーム、先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットを示す図である。 径方向にずれた２分割回折格子１０１、及び、当該２分割回折格子１０１におけるメインビーム、先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットを示す図である。 径方向にずれた３分割回折格子１０６、及び、当該３分割回折格子１０６におけるメインビーム、先行サブビーム、後行サブビームの集光スポットを示す図である。 回折格子の径方向へのずれが発生していない場合の視野特性を示すものである。 回折格子の径方向へのずれが発生した場合の視野特性を示すものである。 本発明に係る回折格子２のＹ方向へのずれが発生した場合の視野特性を示す図である。

符号の説明

１ 半導体レーザー
２ 回折格子
３ コリメータレンズ
４ ビームスプリッタ
５ 絞り
６ 対物レンズ
７ ホルダー
８ 検出光学系
９ 光検出器
１０ 光ディスク媒体
１２ ４分割フォトディテクタ
１３ ２分割フォトディテクタ
１４ ２分割フォトディテクタ
１６、１７、１８ 分割線
１９、２０、２４ 加算器
２１、２２、２３、２５ 減算器
２６ 増幅器
４０ 格子溝
４１ 格子面
４２ 第１周期構造
４３ 第２周期構造
１０１ ２分割回折格子
１０２ 格子溝
１０３ 格子面
１０４ 第１周期構造
１０５ 第２周期構造
１０６ ３分割回折格子
１０７ 第１周期構造
１０８ 第２周期構造
１０９ 第３周期構造

Claims (5)

1. 一定幅の第１溝を当該幅方向に一定間隔で繰り返し、光ディスク媒体に対して出射されるレーザー光を回折することにより、０次光、１次以上の正の第１高次回折光、１次以上の負の第１高次回折光を発生する第１格子溝と、
   前記一定幅の第２溝を当該幅方向に前記一定間隔で繰り返し、且つ、前記第１溝に対して前記第２溝をずらすとともに前記第１格子溝に隣接し、前記レーザー光を回折することにより、０次光、前記第１溝に対する前記第２溝のずれに応じた１次以上の正の第２高次回折光、前記第１溝に対する前記第２溝のずれに応じた１次以上の負の第２高次回折光を発生する第２格子溝と、
   を有する回折格子において、
   前記第１格子溝及び前記第２格子溝の隣接方向と直交する方向のそれぞれの長さは、前記０次光、前記正の第１及び第２高次回折光、前記負の第１及び第２高次回折光を前記光ディスク媒体に集光するための対物レンズの有効径の１／２以下であり、
   前記第１溝同士又は前記第２溝同士の隣接する辺の方向と、前記第１格子溝及び前記第２格子溝の隣接方向とがなす９０度以下の角度θは、
   ｓｉｎθ＝（Ｌ・Ｐ）／（λ・ｆ０）
   （但し、Ｐ・・・前記第１格子溝及び前記第２格子溝の前記隣接方向と直交する方向
   のそれぞれの長さ
   λ・・・前記レーザー光の波長
   ｆ０・・前記対物レンズの焦点距離
   Ｌ・・・ｃｏｓ（Ｌ・π／Ｔｐ（１））≒・・≒ｃｏｓ（Ｌ・π／Ｔｐ（ｎ））
   を満たす共通の値
   但し、Ｔｐ（１）・・Ｔｐ（ｎ）は、前記光ディスク媒体が複数（ｎ）
   種類の場合の前記光ディスク媒体の各トラックピッチ）
   を満たすことを特徴とする回折格子。
2. 前記一定幅及び前記一定間隔は、同一長であり、
   前記第１溝及び前記第２溝は、前記隣接方向において前記一定間隔ずれてなる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回折格子。
3. 前記レーザー光が平行光であるときの光路に介在する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回折格子。
4. 前記レーザー光が発散光であるときの光路に介在する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回折格子。
5. 光ディスク媒体に対してレーザー光を出射するレーザー素子と、
   一定幅の第１溝を当該幅方向に一定間隔で繰り返し、光ディスク媒体に対して出射されるレーザー光を回折することにより、０次光、１次以上の正の第１高次回折光、１次以上の負の第１高次回折光を発生する第１格子溝と、前記一定幅の第２溝を当該幅方向に前記一定間隔で繰り返し、且つ、前記第１溝に対して前記第２溝をずらすとともに前記第１格子溝に隣接し、前記レーザー光を回折することにより、０次光、前記第１溝に対する前記第２溝のずれに応じた１次以上の正の第２高次回折光、前記第１溝に対する前記第２溝のずれに応じた１次以上の負の第２高次回折光を発生する第２格子溝と、を有する回折格子と、
   前記０次光、前記正の第１及び第２高次回折光、前記負の第１及び第２高次回折光を前記光ディスク媒体に集光するための対物レンズと、
   を備えた光ピックアップ装置において、
   前記回折格子における前記第１格子溝及び前記第２格子溝の隣接方向と直交する方向のそれぞれの長さは、前記対物レンズの有効径の１／２以下であり、
   前記第１溝同士又は前記第２溝同士の隣接する辺の方向と、前記第１格子溝及び前記第２格子溝の隣接方向とがなす９０度以下の角度θは、
   ｓｉｎθ＝（Ｌ・Ｐ）／（λ・ｆ０）
   （但し、Ｐ・・・前記第１格子溝及び前記第２格子溝の前記隣接方向と直交する方向
   のそれぞれの長さ
   λ・・・前記レーザー光の波長
   ｆ０・・前記対物レンズの焦点距離
   Ｌ・・・ｃｏｓ（Ｌ・π／Ｔｐ（１））≒・・≒ｃｏｓ（Ｌ・π／Ｔｐ（ｎ））
   を満たす共通の値
   但し、Ｔｐ（１）・・Ｔｐ（ｎ）は、前記光ディスク媒体が複数（ｎ）
   種類の場合の前記光ディスク媒体の各トラックピッチ）
   を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。