JPH1064084A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPH1064084A
JPH1064084A JP21755696A JP21755696A JPH1064084A JP H1064084 A JPH1064084 A JP H1064084A JP 21755696 A JP21755696 A JP 21755696A JP 21755696 A JP21755696 A JP 21755696A JP H1064084 A JPH1064084 A JP H1064084A
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Takeshi Mizuno
剛 水野
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学ピックアップなどの光学装置において、
その光学部品点数の削減および光学的な配置設定に際し
てのアライメントの簡単化を可能にし、装置全体の簡素
化、小型化を図るＣＬＣ構成の特性を有し、更に、トラ
ッキングエラー信号等のトラッキング信号が安定して得
られ、半導体プロセスによる製造が容易にできるように
する。 【解決手段】 発光部４と、収束手段３と、受光部５と
を有し、収束手段３によって発光部４からの出射光ＬF
を被照射部２に収束照射し、更に該被照射部２から反射
された戻り光ＬR を収束させ、収束手段３の被照射部２
からの戻り光ＬRに関する共焦点近傍に受光部５を配置
し、発光部５からの出射光が、被照射部２において反射
される前および後において、同軸の経路を通過して受光
部５において受光される構成とし、受光部５においてプ
ッシュプル信号を検出し、プッシュプル信号をデフォー
カス量で偏微分して得られる係数を用いて、トラッキン
グエラー信号を検出することを特徴とする光学装置１０
を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば発光部から
の光を光記録媒体例えば光ディスク、光磁気ディスクな
どの被照射部に照射し、被照射部からの反射による戻り
光を受光検出する場合に適用して好適な光学装置に係わ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の光学装置、いわゆるコンパクトデ
ィスク（ＣＤ）プレーヤなどの光ディスクドライブや光
磁気ディスクドライブの光学ピックアップでは、グレー
ティングやビームスプリッタなどの各光学部品を個別に
組み立てるため装置全体の構成が複雑且つ大きくなり、
また、基板上にハイブリッドで組み立てる場合に光学的
な配置設定に際して厳しいアライメント精度を必要とし
ていた。
【０００３】図５に従来のコンパクトディスク（ＣＤ）
の再生専用の光学ピックアップの一例の構成図を示す。
この光学ピックアップ８１は、半導体レーザ８２、回折
格子８３、ビームスプリッタプレート８４、対物レンズ
８５及びフォトダイオードからなる受光素子８６を備え
て成り、半導体レーザ８２からのレーザ光Ｌがビームス
プリッタプレート８４で反射され、対物レンズ８５で収
束されて光ディスク９０に照射され、この光ディスク９
０で反射された戻り光がビームスプリッタプレート８４
を透過して受光素子８６にて受光検出される。
【０００４】しかしながら、この様な光学ピックアップ
８１は、部品点数が多く、また非常に大型になるだけで
なく、その配置に高い精度が要求され、生産性の低いも
のであった。
【０００５】上述の光学ピックアップ等におけるトラッ
キング補正法（トラッキングサーボ）としては、通常プ
ッシュプル法や３ビーム法やヘテロダイン法等が用いら
れている。
【０００６】このうち、従来から行われているプッシュ
プル法は、ディスク上において入射光の光スポットがト
ラックあるいはピットからずれたときに、ディスクによ
り生じる±１次回折光において強度差が生じ、これによ
り遠視野像が非対称となることから、例えば２個の検出
器によってこの非対称に応じた信号を取り出し、これら
信号を演算器によって演算することによって、光スポッ
トのずれを検出するものである（図６参照）。
【０００７】図６にプッシュプル法を用いるトラッキン
グサーボの概略構成図を示す。図６Ｂに示すように、デ
ィスク５２表面のピットによる凹凸に光が照射される
と、凹凸により光が回折されて、０次回折光（主ビーム
Ｂ）及び±１次回折光（副ビームＢ′）に分割される。
また図６において、Ｓ0 ，Ｓ1 はそれぞれ０次回折光、
±１次回折光の照射スポットを示す。Ｓ0 が円となるの
は、対物レンズの開口によるものである。
【０００８】この場合には、図６Ａに示すように、受光
部として２分割フォトダイオードＰＤR ，ＰＤL が配置
形成される。これらフォトダイオードＰＤR ，ＰＤL の
受光した信号を、図示しないが差動増幅器等で、例えば
（ＰＤL −ＰＤR ）のように演算処理して、トラッキン
グ信号としてトラッキングエラー信号ＴＥを得ることが
できる。
【０００９】そして、トラックとビームがずれている時
には、スポットの中心が２分割フォトダイオードの分割
線からずれるため、ＴＥ＝（ＰＤL −ＰＤR ）が０とな
らず、ずれた方向に応じて正又は負の値を示す。これに
より、トラックとのずれの方向や量を検出することがで
きる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】プッシュプル法を用い
るトラッキングサーボは、２分割フォトダイオードがあ
れば実現できるため、安価に構成することができるが、
レンズのシフトに対して、ディスクからの戻り光が受光
面上で受光素子の分割線に対して垂直にシフトし、信号
に大きなオフセットが生じる問題がある。
【００１１】ここで、図７Ａに示すように、レンズ５１
が横方向にシフトすると、それに従ってフォトダイオー
ドＰＤL ，ＰＤR が受光する光のスポットも点線で示す
ようにシフトし、トラッキングが合っていてもトラッキ
ングエラー信号ＴＥ＝０とならなくなる。また、図７Ｂ
に示すように、レンズ５１がディスク５２に対して傾い
た場合でも、受光する光のスポットが点線で示すように
シフトし、トラッキングが合っていてもトラッキングエ
ラー信号ＴＥ＝０とならなくなる。
【００１２】トラッキングサーボには、この他前述のよ
うに３ビーム法がある。３ビーム法では、回折格子によ
り光を分割して、主ビームとその両側に２本の副ビーム
を形成し、図８に３ビーム法におけるディスク面でのス
ポット位置を示すように、主ビームによるスポット
Ｓ0 、その両側の副ビームによるスポットＳ1 ，Ｓ2 を
ディスク５２のグルーブ又はピットに照射して、２つの
副ビームの反射光をそれぞれ検出して、差信号を取るこ
とによりトラッキングサーボを行うものである。
【００１３】ここで、主ビームのスポットＳ0 がトラッ
ク中心からずれると、副ビームのスポットＳ1 ，Ｓ2 に
よる反射光が対称でなくなり、差信号によるトラッキン
グエラー信号が０から変動する。このトラッキングエラ
ー信号の変動量は、主ビームのスポットＳ0 のトラック
中心からのずれ量に対応して変化することから、トラッ
キングサーボを行うことができる。尚、主ビームの反射
光は、ディスク記録信号の検出に用いる。
【００１４】この場合には上述のようなレンズシフトに
も対応することができるが、グレーティング等の回折格
子を通す必要があるため、部品点数が増えること、主ビ
ームの光量が減少すること、調整が複雑であり、従っ
て、製造コストもかかること等の欠点を有している。
【００１５】この他トラッキングサーボには、例えば光
軸を中心として縦横に分割した４分割フォトダイオード
（ＰＤ1 〜ＰＤ4 ）で反射光を検出し、各フォトダイオ
ードの検出信号の総和（ＰＤ1 ＋ＰＤ2 ＋ＰＤ3 ＋ＰＤ
4 ）と検出信号を演算した信号（例えばＰＤ1 ＋ＰＤ3
−ＰＤ2 −ＰＤ4 ）とを、位相を考慮しながらヘテロダ
イン検波するヘテロダイン法等の方法がある。この場合
には、レンズシフトによるトラッキングエラー信号のオ
フセットが生じにくい利点があるが、その一方信号処理
が複雑になる欠点を有する。
【００１６】一方、前述の従来の光学装置の欠点を改善
するものとして、光学部品点数の削減および光学的な配
置設定に際してのアライメントの簡単化を可能にし、装
置全体の簡素化、小型化を図る目的で、レンズなど収束
手段の共焦点位置に発光部を配置し、この発光部のある
共焦点位置近傍に受光部を形成するいわゆるＣＬＣ（コ
ンフォーカル・レーザ・カプラ）構成が考えられてい
る。
【００１７】そして、本出願人は、前述のレンズシフト
やディスクの傾きに起因するトラッキングエラー信号の
オフセットをなくすために、上述の共焦点位置に受光部
を形成する分割フォトダイオードを配置し、これら分割
フォトダイオードによりプッシュプル法等を用いてトラ
ッキングサーボを行う光学装置を先に提案した（特願平
７−３５５２８号出願「光学装置」参照）。
【００１８】このような光学装置によれば、共焦点位置
近傍の受光部によるプッシュプル法（ＣＰＰ法）によっ
てトラッキングエラー信号の検出を行うことから、レン
ズのオフセットやディスクの反りに対しても安定したト
ラッキングエラー信号の検出ができ、組み立て時のアラ
イメントが大幅に簡素化される。また、発光部と受光部
とが同一基板上に形成されているため、部品点数の削減
が図れ、製造コストの低廉化や高信頼性化が実現でき
る。
【００１９】しかしながら、上述のＣＰＰ法では、共焦
点光学系特有の欠点を有している。特に、ジャストフォ
ーカスでなく、デフォーカスが生じる場合に端的に現れ
る。
【００２０】図９にその一例を示す。図９は、デフォー
カスが生じた場合のＣＰＰ法によるトラッキングエラー
信号とデトラック量との関係を示す数値計算結果の一例
である。ディスクは、グルーブのピッチが１．６０μ
ｍ、グルーブのデプス（深さ）が波長／８、ｄｕｔｙ
（グルーブの比率）が６５％のディスクとして計算し
た。また、波長は０．７８μｍとした。
【００２１】図９より、±１μｍ以下のごく僅かなデフ
ォーカスが生じる場合でも、ＣＰＰ法によるトラッキン
グエラー検出では、誤差を生じることがわかる。また、
図９中、曲線Ｇで示すデフォーカス＝−０．５０μｍの
場合のように、本来のトラッキングエラー信号（曲線Ｅ
で示すデフォーカス＝０．００μｍの場合）とは周波数
が異なる信号や、その他例えば倍の周波数を有するトラ
ッキングエラー信号になることがある。また、曲線Ｈや
曲線Ｉのように信号の正負が反転してしまうことがあ
る。
【００２２】一方、光ディスクの光学系では、信号の記
録・再生にあたり、トラッキングの制御と共にフォーカ
スの制御も必要となる。通常、フォーカスの制御では、
スポットサイズ法・非点収差法・ナイフエッジ法、等の
方法により、対物レンズの焦点深度以下の程度にデフォ
ーカス量を抑制している。しかし、デフォーカス量は、
常時０μｍにされるわけではなく、従って、ＣＰＰ法に
よるトラッキングエラーの検出を行う場合には、デフォ
ーカスの影響を考慮した補正法、または検出法を用いる
必要がある。
【００２３】本発明はこのような点を考慮してなされた
もので、光学ピックアップなどの光学装置において、そ
の光学部品点数の削減および光学的な配置設定に際して
のアライメントの簡単化を可能にし、装置全体の簡素
化、小型化を図るＣＬＣ構成の特性を有し、更に、トラ
ッキングエラー信号等のトラッキング信号が安定して得
られ、半導体プロセスによる製造が容易にできるように
したものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明は、発光部と、収
束手段と、受光部とを有し、収束手段によって発光部か
らの出射光を被照射部に収束照射し、更に該被照射部か
ら反射された戻り光を収束させ、収束手段の被照射部か
らの戻り光に関する共焦点近傍に受光部を配置し、発光
部からの出射光が、被照射部において反射される前およ
び後において、同軸の経路を通過して受光部において受
光される構成とし、受光部においてプッシュプル信号を
検出し、同信号をデフォーカス量で偏微分して得られる
係数を用いて、トラッキングエラー信号を検出すること
を特徴とする光学装置である。
【００２５】上述の本発明の構成によれば、収束手段に
よって発光部からの出射光を被照射部に収束照射し、更
に被照射部から反射された戻り光を収束させ、収束手段
の被照射部からの戻り光に関する共焦点近傍に受光部を
配置することにより、発光部からの出射光が、被照射部
において反射される前および後において、同軸の経路を
通過して受光部において受光される。このとき、受光部
においてプッシュプル信号を検出することより、被照射
部への入射光、すなわち発光部からの出射光の被照射部
での照射位置の検出を行うことができる。そして、この
プッシュプル検出により得られた信号をデフォーカス量
で偏微分して得られる係数を用いて、トラッキングエラ
ー信号を検出することにより、デフォーカスに起因する
トラッキングエラー信号の変化を抑制することができ
る。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明の光学装置は、前述のＣＰ
Ｐ法（共焦点プッシュプル法）と同様の光学的構成を有
し、これにさらに新たな信号処理方法を付与することに
より、ＣＰＰ法の欠点を補い安定なトラッキングエラー
信号の検出を行うものである。
【００２７】以下、図面を参照して本発明に係る光学装
置の実施例を説明する。
【００２８】図１に光学装置の要部の構成図を示すよう
に、この例では、被照射部２が、例えば記録ピットを有
する光ディスクで、この光ディスクに対してレーザ光を
照射して記録の読み出しがなされる光学ピックアップに
適用した場合である。
【００２９】この光学装置１０は、同一の半導体基板１
上に基板面に沿う双方向に共振器長方向を有する半導体
レーザＬＤおよびその一方の出射端面に面して設けられ
た反射鏡Ｍからなる発光部４と、レンズ等の光学部品に
よる収束手段３と、２個のフォトダイオードＰＤ（ＰＤ
1 ，ＰＤ2 ）からなる受光部５を形成して成る光学素子
１０を有する構成であり、発光部４からの出射光を、収
束手段３によって光ディスク等の被照射部２に収束照射
する。そして、被照射部２から反射された戻り光Ｌ
R を、共通の収束手段３によって収束させ光学素子７に
戻す。光学素子７における受光部５すなわちフォトダイ
オードＰＤ1 ，ＰＤ2 は、戻り光ＬR に関する前述の共
焦点近傍において反射鏡Ｍを挟んで半導体レーザＬＤの
形成部とは反対側に配置され、これら半導体レーザＬＤ
とフォトダイオードＰＤが、共にレンズ等収束手段の共
焦点位置近傍に配置形成された前述のＣＬＣ構成を構成
している。
【００３０】戻り光ＬR は、収束手段３により光回折限
界（即ちレンズの回折限界）近傍まで収束されるもので
あり、受光部５はその各フォトダイオードＰＤ1 ，ＰＤ
2 の少なくとも一部の受光面が、この光回折限界内、即
ち発光部４からの出射光の波長をλ、収束手段３の開口
数をＮＡとするとき、受光面の配置基準面を横切る発光
部４からの出射光の光軸からの距離が１．２２λ／ＮＡ
以内の位置に設けられるようにする。
【００３１】また、この場合、受光部５の受光面での発
光部４の出射光ＬF の直径を、上記光回折限界の直径よ
り小とし、受光部５の有効受光面は、出射光ＬF の直径
外に位置するようにする。ここで、発光部４の光源とし
て半導体レーザを用いると、その出射光の直径は、約１
〜２μｍ程度とすることができる。一方、収束手段３の
開口数ＮＡが例えば０．０９〜０．１、出射光の波長λ
が７８０ｎｍ程度の場合、回折限界は１．２２λ／ＮＡ
≒１０μｍ程度となる。
【００３２】この構成の光学装置において、半導体レー
ザＬＤにおいて発光した光は、反射鏡Ｍで反射され発光
部４からの出射光ＬF となる。この出射光ＬF は、収束
手段３を経て収束され、被照射部２の光ディスクに照射
され、被照射部２の光ディスクの記録ピットにおいて反
射および回折される。そして、反射前の出射光ＬF と同
軸の経路を通過する。この被照射部２からの戻り光ＬR
は、回折限界で定まる大きさのスポットとなり、発光部
４の周囲に形成した受光部５において受光される。ここ
で、受光部５のフォトダイオードＰＤ（ＰＤ1 、Ｐ
Ｄ2 ）は半導体基板１上の、発光部４の半導体レーザＬ
Ｄに近接して例えば半導体基板１の反射鏡Ｍの配置側上
に配置される。この場合、ＰＤ1 とＰＤ2 は上述の回折
限界で定まるスポット位置を含んで形成されている。
【００３３】この各フォトダイオードＰＤ1 とＰＤ2 と
に被照射部２からの戻り光ＬR が照射されることによ
り、両ＰＤから得られる信号に対して後述するように演
算を行って、プッシュプル信号を検出する。また、両フ
ォトダイオードＰＤ1 およびＰＤ2 全体によって、光デ
ィスク上の記録の読み出しすなわちＲＦ信号の検出を行
う。
【００３４】本例による光学装置は、従来の光学装置と
比較してトラッキングエラー信号のオフセットが非常に
少なく、レンズの横移動（図１中ｘ）やディスクの反り
・傾き（図１中ａ）に対するマージンが大きくなるもの
である。
【００３５】次に、本実施例の光学装置１０におけるト
ラッキングエラー信号を検出するための信号処理につい
て説明する。
【００３６】まず、簡素化したモデルを用いて、ＣＰＰ
信号（共焦点プッシュプル信号）の概要を説明する。従
来からあるスカラー理論に基づいて、共焦点位置面での
複素振幅について考えた場合の、０次回折光、及び±１
次回折光のそれぞれの複素振幅を次の数１に示す。ここ
で座標軸は、図２に示すように、ｘ軸が記録媒体の走行
方向（すなわちディスク２のピットＰの並ぶタンジェン
シャル方向Ｔ）、ｙ軸が記録媒体の記録幅方向（すなわ
ちディスク２のラジアル方向Ｒ）、ｚ軸が光軸方向に取
られている。そして、フォトダイオードの受光面にほぼ
等しい共焦点位置面に座標xf，yfを、レンズ３の面に座
標xl，ylをとる。
【００３７】
【数１】ｆ（m,xf,yf ）＝Ｃ∫∫Ｆ（m,xl,yl )exp｛-i
k Ｗ20（xl-dl,yl）｝exp｛-ik(xfxl+yfyl)/f2 ｝dxldy
l Ｗ20（x,y)＝df(x2+y2)/2f2 2 Ｆ（m,xl,yl)＝Ａm ；｛（xl-dl)2 ＋yl2 ≦a2）｝且つ ｛（xl-xm -dl)2 ＋yl2 ≦a2｝ ０；その他の場合 xm＝ｍ（λ／Pitch ）×f1 Ａ0 ＝Ｃ（x-2dl,y ）［１＋Duty｛exp （2ik ×Depth
）-1｝］ Ａ+1＝Ｃ（x-2dl,y ）Duty×sinc(Duty)｛exp(2ik ×De
pth)-1｝exp(-2πdd／Pitch) Ａ-1＝Ｃ（x-2dl,y ）Duty×sinc(-Duty) ｛exp(2ik ×
Depth)-1｝exp(2πdd/Pitch) Ａm ＝０；｜ｍ｜＞１ Ｃ（x,y ）＝exp ［-2(log2)｛（x/f2ｑ‖）2 ＋（y/f2
ｑ⊥）2 ｝］
【００３８】ここで、Ｃ：定数 λ：波長 k ：２π／λ a ：レンズの開口半径 f1：対物側（記録媒体側）のレンズの焦点距離 f2：光学素子側のレンズの焦点距離 Pitch：記録媒体のグルーブの間隔（ピッチ） Depth：記録媒体のグルーブの深さ Duty：記録媒体のグルーブとランドの比率（０〜１） dd：デトラック量 df：共焦点位置でのデフォーカス量、媒体面ではdf/2(f
2/f1) 2 dl：レンズの横移動量 ｑ‖：水平方向のＦＦＰ（遠視野パターン） ｑ⊥：垂直方向のＦＦＰ Ｆ（m,xl,yl ）：レンズ面での光の複素振幅 ｆ（m,xf,yf ）：共焦点位置面での光の複素振幅 sinc(duty)＝sin(π・duty)/(π・duty)
【００３９】ここで、計算を簡単にするために、レンズ
の開口内の強度分布を一定として、またレンズのシフト
が無視できる場合（上記数１でdl=0とする）について考
える。また、式の展開を容易にするためと最終結果の簡
素さを考慮して、xl方向のみを変数とした１次元で考え
るものとする。
【００４０】前述の数値解析の結果でもあったように、
ＣＰＰ信号は、デフォーカス量の１次式あるいはデフォ
ーカス量の多項式で表すことができると予想される。一
方、上記の数１において、デフォーカスにより生じる位
相項はdfを含むＷ20の項、即ちexp ｛-ik Ｗ20（xl-dl,
yl）｝のみであり、前述のように実際にデフォーカス量
dfが±１μｍ以内に抑制されている状態に対してＣＰＰ
信号の挙動を考えるとすれば、上述のＷ20を含む項をデ
フォーカス量（df）＝０の近傍でテーラー展開し、その
解析解を導出するのが最も簡素なアプローチとなる。こ
こでデフォーカス量を±１μｍ以内としているのは、実
際にフォーカスサーボがかかっている場合を想定してい
ることによる。
【００４１】すなわちここでは、次の数２に示すよう
に、Ｗ20を含む項exp(-ik Ｗ20）をdf＝０の近傍でテー
ラー展開して、近似解析解を導出する。尚、xl方向のみ
を変数とした１次元では、Ｗ20＝df×xl2/(2f2 2)であ
る。
【００４２】
【数２】 exp （-ik Ｗ20） ＝exp ｛-ik(xl2/(2f2 2)) ×df｝≒１＋｛-ik(xl2/(2f2 2)) ×df｝＋｛ -ik(xl 2 /(2f2 2)) ×df｝2/2 ＋｛-ik(xl2/(2f2 2)) ×df｝3/3!＋・・・・
【００４３】ところで、上記数２のテーラー展開の何次
の項までを有効とするかが、信号処理のポイントとな
る。これについては、数値計算結果が１つの目安とな
る。通常の多項式近似では２次の項まででほとんどの近
似が可能であることを考慮し、ＣＰＰ信号を次の数３と
仮定する。
【００４４】
【数３】 Ｓｃｐｐ＝Ｍ０＋Ｍ１×（df）＋Ｍ２×（df）2
【００４５】上記数３において、デトラック量とＣＰＰ
信号Ｓｃｐｐの大きさから数値解析を行って求めたＭ
０，Ｍ１，Ｍ２の値について、デトラック量の変化に伴
う値の変化を図３に示す。尚、ディスクは図９の計算で
用いたものと同じ形状のモデルとした。
【００４６】図３の結果が示すように、２次の項の係数
Ｍ２は０次の係数Ｍ０の１０％以下であり、またここで
はデフォーカス量ｄｆ＜±１μｍ程度であるので、Ｍ２
×（df）2 の項の値は小さく、概ね無視できる程度と考
えられる。また、後述するように、トラッキングエラー
の検出に１次の係数Ｍ１を用いるような場合でも、２次
の項は同様の程度でしか影響しない。従って、ＣＰＰ信
号Ｓｃｐｐをデフォーカス量ｄｆの１次式として表すこ
とにする。
【００４７】次に上述の計算手順に従い、ＣＰＰ信号の
近似解析解の定式化を行った。共焦点位置面上の座標ｘ
に対し、ｘ＝xfにおける光の強度分布Ｉ（xf）は次の数
４で表すことができる。
【００４８】
【数４】 Ｉ（xf）＝（Ｒ１１2 ＋Ｒ１２2 ）Φ00(re)2 ＋（Ｒ２１2 ＋Ｒ２４2 ）Φp1 (re)2 ＋（Ｒ２２2 ＋Ｒ２３2 ）Φp1(img)2 ＋２（Ｒ１１・Ｒ２１＋Ｒ１２・Ｒ２４）Φ00(re)Φp1(re) ＋２（Ｒ２１・Ｒ２２−Ｒ２３・Ｒ２４）Φp1(re)Φp1(img) ＋２（Ｒ１１・Ｒ２２−Ｒ１２・Ｒ２３）Φ00(re)Φp1(img) ＋２ｄｆ× ［（Ｒ１１・Ｒ２３＋Ｒ１２・Ｒ２２）（Φ00(re)Φp2′(re)＋Φp1(img) Φ00 ′ (img)） ＋（Ｒ１１・Ｒ２４−Ｒ１２・Ｒ２１）（Φ00(re)Φp2′(img) −Φp1(re)Φ00 ′ (img)） ＋（Ｒ２１・Ｒ２３＋Ｒ２２・Ｒ２４）（Φp1(re)Φp2′(re)＋Φp1(img) Φp2 ′ (img)）］
【００４９】ただし、数４の各パラメータは、次の数５
及び数６の内容を表す。
【００５０】
【数５】Ｒ１１＝(1-duty)+duty・cos(2k depth) Ｒ１２＝-duty ・ sin(2kdepth) Ｒ２１＝2duty ・ sinc(duty)・(cos(2k depth)-1)・co
s(2πdetrack/pitch) Ｒ２２＝2duty ・ sinc(duty)・(cos(2k depth)-1)・si
n(2πdetrack/pitch) Ｒ２３＝2duty ・ sinc(duty)・ sin(2k depth)・sin(2
πdetrack/pitch) Ｒ２４＝-2duty・ sinc(duty)・ sin(2k depth)・cos(2
πdetrack/pitch)
【００５１】
【数６】
【００５２】上記数４の数５及び数６で示される各成分
のうち形成される分割ＰＤの対象性と、最終的なＣＰＰ
信号Ｓｃｐｐ（＝ＰＤ1 −ＰＤ2 ）の形式から、偶関数
成分が最終的にキャンセルされる。そして、各成分のう
ち、Φ00(re)，Φ00′(img) ，Φp1(re)，Φp2′(img)
は偶関数、Φp1(img) ，Φp2′(re)は奇関数であり、最
初の２乗の項及び第２項、ｄｆの１次の項の２番目の項
は偶関数となりキャンセルされ、また最後の項の係数
の、Ｒ２１・Ｒ２３＋Ｒ２２・Ｒ２４＝０であるので、
最後の項もキャンセルされる。従って、ｘ＝xfにおけ
る、ＣＰＰ信号に寄与する分割ＰＤ上での強度成分（奇
関数）をＩｏｄｄ（xf）とすると、次の数７となる。
【００５３】
【数７】 Ｉｏｄｄ（xf）＝２（Ｒ２１・Ｒ２２−Ｒ２３・Ｒ２４）Φp1(re)Φp1(img) ＋２（Ｒ１１・Ｒ２２−Ｒ１２・Ｒ２３）Φ00(re)Φp1(img) ＋２ｄｆ×（Ｒ１１・Ｒ２３＋Ｒ１２・Ｒ２２）（Φ00(re)Φp2′(re)＋Φp1 (img) Φ00′(img) ）
【００５４】最終的に、Ｓｃｐｐは分割ＰＤ（ＰＤ1 ，
ＰＤ2 ）の各範囲でxfに対して積分を施したものである
から、数７より、Ｓｃｐｐは次の数８で表される。
【００５５】
【数８】
【００５６】上述の結果をもとにすれば、トラッキング
エラーの検出方法としては、いくつかの方法が考えられ
るが、そのうち最も簡素で有効な方法として、数８の第
３項、すなわちデフォーカス量ｄｆの１次の項だけを利
用することを考える。ＣＰＰ信号Ｓｃｐｐの近似式を、
数８を考慮して改めて書くと、次の数９となる。
【００５７】
【数９】Ｓｃｐｐ＝Ｍ０＋Ｍ１×ｄｆ Ｍ０＝Ｃ１×ｓｉｎ（２π×detrack/pitch ）＋Ｃ３×
ｓｉｎ（２×２π×detrack/pitch ） Ｍ１＝Ｃ５×ｓｉｎ（２ｋ×depth ）×ｓｉｎ（２π×
detrack/pitch ） ただし、Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５は定数
【００５８】ここで、注目すべきは、係数Ｍ１の形式で
ある。従来からあるプッシュプル法の信号Ｓｐは、通常
のスカラー理論に基づいて解くと、次の数１０となる。
【００５９】
【数１０】Ｓｐ＝Ｃ×ｓｉｎ（φ）×ｓｉｎ（２π×de
track/pitch ） φ：０次回折光と±１次回折光との位相差 Ｃ：定数
【００６０】ここで、φはディスクのdepth により決ま
る量であり、２ｋ×depth と等価であるので、Ｓｐは数
９の係数Ｍ１と等価である。従って、Ｍ１＝∂Ｓｃｃｐ
／∂ｄｆを計算し、これをもとにトラッキングサーボを
掛けることにより、従来と同様の信号形式を有するＣＰ
Ｐ信号を得ることができる。
【００６１】∂Ｓｃｃｐ／∂ｄｆを求めるには、例えば
レンズを光軸方向に一定の周期で摂動を与えながらＳｃ
ｃｐ信号の変化を測定する等の一般的な方法を用いるこ
とができる。
【００６２】図１に示す実施例１の光学装置１０のよう
に、本発明を適用する実際の光学装置に対しては、ＣＰ
Ｐ信号Ｓｃｐｐ＝（ＰＤ1 −ＰＤ2 ）の差分信号に対し
て、例えばデフォーカス量の変化によるＣＰＰ信号の変
化を調べて、ＣＰＰ信号（トラッキングエラー信号）を
デフォーカス量で偏微分して得られる∂Ｓｃｃｐ／∂ｄ
ｅｆｏｃｕｓ＝Ｍ１を計算し、この係数Ｍ１を用いてＣ
ＰＰ信号に補正を行うことにより、オフセットがなく、
またより正確にデトラック量を推定して、これによりト
ラッキングサーボを行うことができる。このときのデフ
ォーカス量の測定、即ちフォーカスサーボの手段につい
ては、従来公知の方法ならびに、本出願人が既に提案し
た各種のフォーカスサーボの方法を用いることができ
る。
【００６３】このようにして、実際のフォーカスサーボ
に対応したわずかなデフォーカスを有する場合でも、ト
ラッキングエラーの検出を正確に行うことができる。
【００６４】上述のトラッキングエラー信号を用いたト
ラッキング・サーボについて、従来型のＣＰＰ信号と比
較して期待できる利点は、次の点が挙げられる。 （１）倍周期の信号や異なる周期の信号を持たないので
ディスクの構造に影響されず、種々の光学記録媒体に対
応できる。 （２）信号処理に関して、従来のサーボ方式及び従来方
式のノウハウをそのまま用いることができる。 （３）上述の解析は矩形ピットを想定しているが、その
他の変形ピット等に対処する方法も従来技術を適用して
対処することができる。 （４）レンズシフトに強い等、共焦点プッシュプル法の
利点を有する。 （５）上記（１）〜（４）より高性能なサーボ手段は不
要である。
【００６５】従って、従来技術と比較した場合の、本発
明の光学装置のトラッキングエラー検出における長所
は、次の様な点が挙げられる。 （１）レンズシフトに強い（図４参照）。 （２）トラッキングエラー検出のために付加する光学部
品がないため、部品点数を削減した簡素な光学系を構成
できる。このため、組立工程及び調整工程の簡素化が実
現できる。 （３）部品点数の削減及び工程の簡素化により製造コス
トが低減できる。 （４）付加する部品がないため、光学的ロスが低減さ
れ、低消費電力化できる。 （５）小型軽量化が実現可能で、これによる応答速度の
向上が図られる。 （６）従来とほぼ同等の消費電力のままで、より高速な
線速度を有する光学記録媒体の記録・再生ができる。
【００６６】数９で定式化した式では、レンズシフトを
考慮していないため、従来のＣＰＰ信号と同様にレンズ
シフトに強いかどうかは一概には言えない。そこで数１
式に戻り、レンズシフトを考慮して数値解析により、見
積りを行った。レンズのシフトがトラッキングエラー信
号に与える影響を、従来のＣＰＰ信号の場合と、本発明
の場合とで比較した図を図４に示す。図４Ａが従来のＣ
ＰＰ信号、図４Ｂが本発明の信号で、いずれも縦軸は相
対値で表している。ディスクは図９の計算で用いたもの
と同じ形状のモデルとした。尚、図４Ｂに示す本発明の
場合は、縦軸は係数Ｍ１（∂Ｓｃｃｐ／∂ｄｅｆｏｃｕ
ｓ）の変化を示す。
【００６７】図４より、従来のＣＰＰ信号ではレンズの
シフトによって、トラッキングエラー信号もそれに応じ
て全体がシフトしていたが、本発明の場合はシフトする
量が小さくなっており、かつ、特にデトラック量が０付
近の小さい値の時のシフトが少なく、トラッキングの調
整を正確に行いやすいことがわかる。
【００６８】上述の実施例は、光ディスク、相変化光デ
ィスク、光磁気ディスク等の光記録媒体の記録の読み出
しあるいは書き込みを行う光学装置に適用することがで
きる。
【００６９】本発明の光学装置において、フォーカスサ
ーボ手段やＲＦ信号等の検出手段は、従来公知の手段、
あるいは本出願人が既に提案した手段や方法を適用する
ことができ、これらの手段を構成として付与して光学装
置を構成することができる。
【００７０】本発明の光学装置は、上述の例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその
他様々な構成が取り得る。
【００７１】
【発明の効果】上述の本発明による光学装置によれば、
共焦点近傍で検出したプッシュプル信号をデフォーカス
量で偏微分した係数によりトラッキングエラー信号を検
出することにより、デフォーカスに起因するトラッキン
グエラー信号の変動をなくして、より正確にトラッキン
グサーボを行うことができる。また、レンズシフトによ
るトラッキングエラー信号のオフセットも従来に比べ大
きく低減できる。
【００７２】そして、トラッキングエラー信号の検出の
ために付加する光学部品がないため、部品点数を削減し
た簡素な光学系を構成できる。このため、調整工程の簡
素化が実現できる。これにより、光学装置の低製造コス
ト化を図ることができ、また光量のロスが低減されて低
消費電力化が図られる。
【００７３】また、本発明により光学装置を小型軽量化
することができ、さらに応答速度の向上がなされる。従
って本発明により、従来の消費電力で、より高速な線速
度を有する光学記録媒体の記録・再生が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する光学装置の実施例の概略構成
図（斜視図）である。
【図２】数値計算に用いた座標軸を示す図である。
【図３】ＣＰＰ信号の係数の変化を示す図である。
【図４】トラッキングエラー信号の比較を行った図であ
る。 Ａ 従来のプッシュプル法によるトラッキングエラー信
号である。 Ｂ 本発明の光学装置によるトラッキングエラー信号で
ある。
【図５】従来の光学装置の概略構成図である。
【図６】Ａ、Ｂ プッシュプル法によるトラッキングサ
ーボを説明する図である。
【図７】プッシュプル法における問題点を説明する図で
ある。 Ａ レンズがシフトした場合のオフセットを示す図であ
る。 Ｂ レンズが傾いた場合のオフセットを示す図である。
【図８】３スポット法によるトラッキングサーボを説明
する図である。
【図９】ＣＰＰ法によるトラッキングエラー信号とデフ
ォーカス量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板、２ 被照射部（ディスク）、３ 収束
手段（レンズ）、４ 発光部、５ 受光部、６ 積層半
導体、７ 光学素子、１０ 光学装置、５１ レンズ、
５２ ディスク、ＬＦ 出射光、ＬＲ 戻り光、Ｍ 反
射鏡、Ｐ ピット、ＬＤ 半導体レーザ、ＰＤ，Ｐ
ＤL ，ＰＤR ，ＰＤ1 ，ＰＤ2 フォトダイオード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光部と、 収束手段と、 受光部とを有し、 上記収束手段によって上記発光部からの出射光を被照射
    部に収束照射し、更に該被照射部から反射された戻り光
    を収束させ、 上記収束手段の上記被照射部からの戻り光に関する共焦
    点近傍に上記受光部を配置し、 上記発光部からの出射光が、上記被照射部において反射
    される前および後において、同軸の経路を通過して上記
    受光部において受光される構成とし、 上記受光部においてプッシュプル信号を検出し、 上記プッシュプル信号をデフォーカス量で偏微分して得
    られる係数を用いて、トラッキングエラー信号を検出す
    ることを特徴とする光学装置。
  2. 【請求項２】 上記発光部が水平共振器型レーザと、該
    レーザの一方の出射端面に面して配置された反射部とに
    よって構成され、 上記受光部が上記反射部上に形成されたことを特徴とす
    る請求項１に記載の光学装置。
  3. 【請求項３】 同一基板上に、上記発光部と、上記受光
    部とを形成したことを特徴とする請求項１に記載の光学
    装置。
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WO2000025310A1 (fr) * 1998-10-27 2000-05-04 Sony Corporation Dispositif capteur optique et de reproduction optique

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