JPH11296875A - 光ヘッドおよび光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ディスクの偏芯に伴って、記録膜面上で光
スポットがトラックを横切るときに焦点ずれ信号に生じ
る外乱を解消し、レンズ移動に伴うトラッキング誤差信
号のオフセットをキャンセルする。 【解決手段】 位相が、光ディスク半径方向に周期Ｄλ
／（２Ｐ・ＮＡ）で反転した位相反転回折格子７０１に
より±１次回折光の波面位相を同じ周期でλ／２ずらし
ておき、サブスポットを光ディスク上においてメインス
ポットと同一トラック上に配置させる。 【効果】 メインとサブスポットの焦点ずれ誤差信号を
適当なゲイン比で足し合わせることにより、焦点ずれ誤
差信号に生じる外乱をキャンセルできる。メインとサブ
スポットのプッシュプル方式によるトラッキング誤差信
号を適当なゲイン比でさしひくことにより、そのオフセ
ットをキャンセルできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ディスク装置に用
いられる光ヘッド、および光ディスク装置に属し、特に
その光スポット位置制御信号検出の高性能化技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置における焦点位置制御方
法の従来の技術は、例えば角田義人監修、電子情報通信
学会編「光ディスクストレージの基礎と応用」初版（平
成７年、コロナ社）７９頁から８３頁に記載されてい
る。これによればフーコー方式（ナイフエッジ方式）、
非点収差方式、ビームサイズ検出方式、像回転方式など
があるが、光学系の簡単さ、調整しやすさ、トラッキン
グ検出との組み合わせやすさなどから、現状最も一般的
なのは非点収差方式である。ところが非点収差方式には
光ディスクの偏芯に伴って、記録膜面上で光スポットが
トラックを横切るときに焦点ずれ信号に外乱が発生しや
すいという問題点があった。この外乱は特に集光スポッ
トに非点収差が生じた場合や、光検出器上で光スポット
がずれた場合に発生しやすい。これを低減する方法とし
て例えば検出光束の中心部を遮光する方法（特願平４ー
３１４５００、特願平５−１０２９２８）、対物レンズ
の回転調整によって低減する方法（特公平５ー６８７７
４）、検出系において非点収差のある光とない光の演算
により外乱を低減する方法（特開平５−１９７９８０）
などがあるが、いずれも根本的な解決方法ではなく、必
ずしも十分な低減効果が得られていないのが現状であ
る。

【０００３】またこの外乱は近日、製品化が予定されて
いるＤＶＤ−ＲＡＭにおいて採用されているランドグル
ーブ型の光ディスクでは特に大きく発生する。これはラ
ンドグルーブ型の光ディスクでは、案内溝（グルーブ）
の幅と案内溝間（ランド）部分との幅がほぼ等しく、こ
の両側に情報を記録するため、案内溝自体のピッチは光
スポットに比べて従来の光ディスクより大きくなってい
るため、もともと後で述べるプッシュプル方式によるト
ラッキング信号が非常に大きくなるためである。したが
ってＤＶＤ−ＲＡＭ用の光ヘッドにおいては構成や調整
の複雑なビームサイズ方式や、フーコー方式を使わざる
を得ない状況となっている。

【０００４】光ディスク装置におけるトラッキング制御
方法の従来の技術は、同様にして例えば角田義人監修、
電子情報通信学会編「光ディスクストレージの基礎と応
用」初版（平成７年、コロナ社）８３頁から９２頁に記
載されている。これによれば３スポット型、回折光差動
型（プッシュプル方式）などがある。ＣＤなどの再生専
用型では光学系の簡単さ、調整しやすさ、外乱に対する
強さなどから３スポット型、光磁気ディスクやＤＶＤ−
ＲＡＭなど記録時に大きなレーザ発光パワが必要な場合
にはプッシュプル方式が主に採用されている。このとき
互いにＣＤに対してプッシュプル方式、記録可能光ディ
スクに３スポット型が使えない事情もある。

【０００５】ＣＤピックアップにおいては低価格の必要
性から光ディスクの偏芯に集光スポットを追随させるた
めに対物レンズをアクチュエータに搭載して動かすこと
で対応している。するともしプッシュプル方式を用いる
と、検出光束が光検出器上で動いてしまうため、それが
オフセットとなって現れてしまう。また再生専用の光デ
ィスクにおいて最も信号振幅が大きくなるλ／（４ｎ）
（λ：光波長、ｎ：基板屈折率）のピット深さにおいて
は、半径方向のピット列の周期構造による回折光のうち
０次光が小さくなるうえ、集光スポットがオフトラック
しても０次光と±１次回折光の干渉強度にアンバランス
が発生せず、トラッキング信号がとれないという問題が
ある。

【０００６】一方、記録可能光ディスク、特に光磁気デ
ィスクにおいては通常、光ディスクの偏芯の補償はコー
スアクチュエータと呼ばれる、光ヘッド、ないし対物レ
ンズとアクチュータ部分のみを搭載して目標トラック近
傍まで光スポットを近づけるためのアクチュエータで行
っている。つまりトラッキング誤差のうち低周波成分を
コースアクチュエータで、高周波成分を対物レンズアク
チュエータで補償する構成となっている。このようにし
て記録動作に必要な信頼性を高めている。したがって対
物レンズアクチュエータの移動量はＣＤなどに比べて少
ないため、３スポット型より光利用効率の高いプッシュ
プル方式を採用することができる。

【０００７】また記録可能光ディスクに３スポット型を
用いると、光メモリシンポジウム’８６論文集（１９８
６年）１２７頁に述べられているように、以下のような
問題点もある。まずＤＶＤ−ＲＡＭのような記録マーク
の反射率変化で記録するタイプの光ディスクでは記録動
作時に先行サブスポットと後行サブスポットの光量が変
わり、トラッキング信号にオフセットが発生する。また
光磁気ディスクの場合には半導体レーザへの戻り光があ
るため、ディスク傾きによって迷光の干渉状態が両側の
サブスポットでアンバランスとなり、やはりオフセット
を生じる。さらにＤＶＤ−ＲＡＭにおいてはすでにのべ
たようにランドグルーブ型の光ディスクを用いている事
情も３スポット型を使えない理由に挙げられる。すなわ
ちランドグルーブ型ではもともとランド部とグルーブ部
の反射光量を等しくする目的でその幅を等しくしている
ので、必然的に光スポットがオフトラックしても光量が
ほとんど変化せず、３スポット型のトラッキング信号は
とれないのである。したがってＤＶＤ−ＲＡＭではプッ
シュプル方式を使わざるを得ないのであるが、光磁気デ
ィスクと異なり、ＤＶＤ−ＲＡＭではＣＤなみの低価格
化が必要とされており、プッシュプル方式での対物レン
ズ移動に伴うトラッキング信号低減が必須となってい
る。

【０００８】ＤＶＤ−ＲＡＭにおけるこの問題を解決す
る従来の技術は、例えばナショナル・テクニカル・レポ
ート４０巻６号（１９９４年）７７１頁から７７８頁に
記載されている。ここでは対物レンズと、λ／４板と、
偏光性回折格子を一体として２次元アクチュエータに搭
載し、ディスクによる回折光の＋１次回折光と−１次回
折光の０次光との干渉領域をそれぞれ異なる回折角に回
折させるように偏光性回折格子を構成する。このように
すると、検出器上で＋１次回折光と−１次回折光の０次
光との干渉領域を分離できるので、対物レンズが移動し
てもこれらの光が検出器をはずれないように、２分割光
検出器を構成しておけば検出器上で光スポットが動くこ
とによるオフセットは解消できることが示されている。

【０００９】また回折格子を偏光性にしていることによ
り、ディスクに向かう光が回折格子を透過するに当たっ
ては回折効率をほぼ０となるようにし、ディスク反射光
が再び、回折格子を透過するときに適切な回折効率とな
るようにすることができる。偏光性でない通常の回折格
子であればディスクに向かう光も回折されてしまうた
め、光量損失が避けられないが、それをこのように偏光
性回折格子とすることにより、必要な反射光での回折だ
けをおこし、光量損失を防ぐことができる。

【００１０】しかしながらこの従来例においては、対物
レンズと、λ／４板と、偏光性回折格子を一体として２
次元アクチュエータに搭載しているため、アクチュエー
タの可動部の重量が重くなり、アクチュエータの応答速
度が低く制限されという問題点がある。光ディスクは記
録密度と同時に転送速度も年々高速化しており、上記従
来例では、今後一層の高速化に対応できない。

【００１１】対物レンズアクチュエータに対物レンズ以
外の光学部品を搭載することなく、プッシュプル方式に
おける対物レンズ移動に伴うトラッキング信号オフセッ
トを解消する他の方法が、先に述べた光メモリシンポジ
ウム’８６論文集（１９８６年）１２７頁から１３２頁
に開示されている。これは３スポットを用い、各々のプ
ッシュプル方式によるトラッキング信号をメインスポッ
トとサブスポットで差し引くことで、対物レンズ移動に
伴うトラッキング信号オフセットを解消するもので、差
動プッシュプル法（ディファレンシャルプッシュプル方
式）と呼ばれている。すなわちサブスポットを案内溝の
周期の半分だけメインスポットの両側にずらして配置す
ることによって、オフトラックに伴うディスク反射光の
干渉強度分布変化の反転した光を同時に検出し、オフセ
ットが同相で含まれる逆相のトラッキング信号を生じせ
しめて、これらを差し引くことでオフセットのみをキャ
ンセルさせる方法である。このときメインスポットとサ
ブスポットの減算するときのゲイン比は、サブスポット
を生じせしめる回折格子において、メインスポットとサ
ブスポットに生じる光量差を補償するように選ぶ。本従
来例を用いれば基本的には対物レンズアクチュエータに
対物レンズ以外の光学部品を搭載することなく、プッシ
ュプル方式における対物レンズ移動に伴うトラッキング
信号オフセットを解消できる。しかしながら本従来例に
おいては前記の、非点収差焦点ずれ検出方式において集
光スポットが案内溝を横断するときの焦点ずれ信号への
外乱の混入に関する対策がなんら講じられていない。ま
た本従来においても述べられている、サブスポットの片
側のみが記録済みトラック、もう一方が未記録トラック
にあるときにオフセット低減が十分でない。さらに本従
来例においては述べられていないが、案内溝上と案内溝
間上で反射総光量が異なる場合にも、本従来例において
はオフセットが残留する。これは案内溝と案内溝間の幅
が等しくない場合に生じるが、これらが等しいランドグ
ルーブディスクを用いるＤＶＤ−ＲＡＭの場合にも、メ
インスポットが記録済みトラック、２つのサブスポット
が未記録トラックにある場合、あるいはこの逆の場合に
このような状況が生じる。またさらに光スポットが複数
存在するため、記録時に光利用効率の点で不利となる。

【００１２】またメインスポットとサブスポットのゲイ
ン比は、本従来例に述べられているように、メインスポ
ットと２つのサブスポットの光量の比の逆数に比例させ
たのでは、一般にはオフセットを完全にはキャンセルで
きない。というのは、後で説明するようにトラッキング
のための案内溝が実効的にトラックピッチの１／２とな
っていない場合には、スポットが情報トラック上にある
ときと、情報トラックからトラックピッチ（ランドグル
ーブディスクでは、グルーブピッチ）の１／２だけずれ
た位置にあるときとで反射率が異なるので、それを含め
て補償するようにしないとオフセットが完全にはキャン
セルされないことが本従来例では考慮されていないから
である。オフセットの許容値は、光ディスクの記録密度
が高いほど厳しく、近年ではこのような残留オフセット
についても問題となっている。

【００１３】また本従来例では、案内溝間（ランド部）
に情報トラックがあり、案内溝内（グルーブ部）には情
報トラックのない光ディスクを用いていたため、メイン
スポットで情報を再生する場合に、サブスポットは情報
トラック上になく、情報ピットの影響を受けることがな
かった。しかしながらたとえばＤＶＤ−ＲＡＭに用いて
いるランドグルーブディスクの場合には、メインスポッ
トが情報トラック上にある場合、サブスポットも隣接ト
ラック上にあることになり、情報ピットによる光量変動
がトラッキング信号に対して外乱として作用する問題点
がある。

【００１４】また、非点収差焦点ずれ信号への外乱の混
入をキャンセル方法が、特開平４−１６８６３１に開示
されている。ここでは回折格子によるメインスポットと
サブスポットを、やはり案内溝周期の１／２だけずれて
光ディスク上に配置させて、これをシリンドリカルレン
ズを介してそれぞれ４分割光検出器で受光する。それぞ
れにおいて４つの検出領域のうち、２つの対角方向２領
域の和の差信号をとることで得られる焦点ずれ誤差信号
を、メインスポットとサブスポットで入射光量比の逆数
に比例したゲインで増幅して加算することにより、焦点
ずれ誤差信号を得るというものである。光ヘッドの調整
不良等により残留している非点収差や、光検出器の位置
ずれなどの原因で、光スポットが案内溝を横切るときに
発生する外乱は、当然ながら案内溝と同じ周期の周期関
数であるため、位相が１８０°ずれたことに相当するメ
インスポットとサブスポットを実効的に同じ光量で加算
すれば、外乱はキャンセルする。以下便宜的に本従来例
を加算非点収差方式と呼ぶことにする。この場合に加算
するゲインは、上記のディファレンシャルプッシュプル
方式と異なり、本従来例に述べられているように、光デ
ィスクに入射する光量が実効的に等価になるように、入
射光量の逆数の比に比例させればよい。ところが本従来
例においては、トラッキングの方法について何ら開示さ
れていないという問題点があった。また仮に上記のディ
ファレンシャルプッシュプル方式と組み合わせようとす
ると、上記従来例のままではメインスポットとサブスポ
ットの増幅ゲイン比を、トラッキング信号の演算と、焦
点ずれ信号の演算で等しくすることになり、実際には対
物レンズシフトがある場合のトラッキング信号のオフセ
ットがキャンセルできないという問題点があった。

【００１５】以上の従来技術に鑑み、本発明が解決すべ
き課題は焦点ずれ検出方式において、光ディスクの偏芯
に伴って、記録膜面上で光スポットがトラックを横切る
ときに焦点ずれ信号に生じる外乱を根本的に解消するこ
とである。

【００１６】またそれと同時にトラッキング誤差信号に
生じるレンズ移動に伴うオフセットを根本的にキャンセ
ルすることである。

【００１７】またディファレンシャルプッシュプル方式
のような、ディスク上の光スポットが案内溝を横断する
のに伴う反射光束の強度変化が反転した光束を通常の光
束と同時に生成し、同相のオフセット成分を含む逆相の
トラッキング信号を作って同相オフセットをキャンセル
する場合に、これらの光束の反射総光量の違いによって
生じるオフセットをキャンセルすることである。

【００１８】またディファレンシャルプッシュプル方式
において、トラッキング誤差信号に生じるレンズ移動に
伴うオフセットをキャンセルすると同時に、焦点ずれ検
出方式において、光ディスクの偏芯に伴って、記録膜面
上で光スポットがトラックを横切るときに焦点ずれ信号
に生じる外乱を根本的に解消することである。

【００１９】またディファレンシャルプッシュプル方式
におけるサブスポットを、メインスポットと同一トラッ
クにおいたまま、同様の対物レンズ移動に伴うトラッキ
ング信号オフセットキャンセル効果を得ることである。

【００２０】またディファレンシャルプッシュプル方式
と同様の効果をディスク上で１つのスポットだけが生じ
るようにして構成することである。

【００２１】またこれらの効果を特に非点収差焦点ずれ
検出方式と、プッシュプルトラッキング検出方式に対し
て得ることである。

【００２２】またこれらの効果を得る光検出器形状を示
すことである。

【００２３】またディファレンシャルプッシュプル方式
と加算非点収差方式を組み合わせるのにあたって、対物
レンズ移動によるトラッキング信号のオフセットのキャ
ンセルの性能を向上させることである。

【００２４】またディファレンシャルプッシュプル方式
と加算非点収差方式を組み合わせて、ランドグルーブデ
ィスクに適用するにあたって、情報ピットによる外乱の
影響を除去することである。

【００２５】また以上の課題を光ディスク装置において
解決することである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、半導体レーザと、その出射光を半径方向に周期構
造のある光ディスクに少なくとも１つの集光スポットと
して集光する集光光学系と、前記光ディスクからの反射
光を検出する光検出系と、受光光量を光電変換し、演算
することによって前記光ディスク上に集光された光スポ
ットの焦点ずれ信号とトラッキング誤差信号、及び前記
光ディスクに記録されたデータ信号の少なくとも一つを
得る電気回路から少なくとも構成される光ヘッドにおい
て、前記集光光学系中に前記光ディスク上の集光スポッ
トを前記周期構造が横断するのに伴う反射光束中の強度
変化の極性が互いに略反転した複数の反射光を生成する
手段を有し、前記光検出系にこれらの複数の反射光を分
離して同時に検出する手段を有し、前記電気回路におい
て前記強度変化に起因する焦点ずれ誤差信号の変動が互
いに相殺しあうように各々の反射光の焦点ずれ誤差信号
の和をとることにより焦点ずれ誤差信号を得る。

【００２７】またこのとき同時に極性の互いに反転した
前記複数の反射光の各々のトラッキング誤差信号の差を
トラッキング誤差信号とする。

【００２８】さらにこのとき極性の互いに反転した前記
複数の反射光の各々のトラッキング誤差信号の差をトラ
ッキング誤差信号とするのにあたって、前記電気回路に
おいて前記集光スポットの１つが前記光ディスクの情報
トラック上にあるときの各々の反射総光量の逆数の比に
比例したゲインで各々のトラッキング誤差信号を増幅し
たのち、これらの差を演算してトラッキング誤差信号と
することを特徴とする。

【００２９】またこれらにおいて、強度変化の極性が互
いに略反転した複数の反射光を生成する手段が、前記半
導体レーザと前記光分岐素子の間に配置された回折格子
であって、光ディスク上でこの回折格子による±１次回
折光の集光スポットが、０次光の集光スポットに対し、
前記周期構造の周期の約半分だけ互いに反対方向に半径
方向にずれて配置されるように前記回折格子が光ディス
ク半径方向に対して傾けて設置する。

【００３０】またあるいは強度変化の極性が互いに略反
転した複数の反射光を生成する手段が、前記半導体レー
ザと前記光分岐素子の間に配置された回折格子であっ
て、この回折格子がディスク半径方向に略λＤ／（２Ｎ
Ａ・Ｐ）（λ：光波長、ＮＡ：対物レンズ開口数、Ｐ：
ディスク上半径方向周期構造の周期、Ｄ：回折格子上の
有効光束径）おきに同じ幅の領域で格子の位相が反転し
ており、光ディスク上でこの回折格子による±１次回折
光の集光スポットが、０次光の集光スポットと同一トラ
ック上に配置されるように回折格子の格子の方向が光デ
ィスク接線方向に対して平行に設置され、光検出系にお
いてこれらを分離して検出し、０次光からの受光光量信
号からデータ信号を得る。

【００３１】またあるいは強度変化の極性が互いに略反
転した複数の反射光を生成する手段が、前記半導体レー
ザと前記光分岐素子の間に配置された偏光性位相シフタ
であって、この偏光性位相シフタがディスク半径方向に
略λＤ／（２ＮＡ・Ｐ）（λ：光波長、ＮＡ：対物レン
ズ開口数、Ｐ：ディスク上の周期構造の周期、Ｄ：回折
格子上の有効光束径）おきに同じ幅の領域で特定の方向
に偏光した直線偏光成分の位相を相対的に反転させ、こ
れと直交する直線偏光成分の位相は位相シフタ全体で変
化しない構造であり、光検出系においてこれらの偏光成
分を偏光分離素子を用いて分離して検出し、位相反転の
加わらない偏光成分からデータ信号を得る。

【００３２】以上の構成を特に、焦点ずれ検出のために
非点収差法、トラッキング誤差検出のためにプッシュプ
ル法を用いて実現する。

【００３３】また光検出系において−１つの光スポット
を４分割された光検出領域で受光する光検出領域が少な
くとも２組ある光検出器用いる。

【００３４】また、半導体レーザと、その出射光を半径
方向に案内溝などの周期構造のある光ディスクに集光す
る集光光学系と、前記光ディスクからの反射光を検出す
る光検出系と、反射光から光スポットの焦点ずれ信号と
トラッキング誤差信号の両方を得る電気回路とを有する
光ヘッドにおいて、回折格子などでサブスポットを案内
溝周期の１／２だけメインスポットとずらして配置する
などして、集光スポットを前記周期構造が横断するのに
伴う反射光束中の強度変化の極性が互いに略反転した２
種類のそれぞれ少なくとも１つ以上の反射光を生成させ
る。光検出系ではこれらの複数の反射光を分離して検出
し、前記電気回路において前記２種類の反射光のそれぞ
れ少なくとも１つによる焦点ずれ誤差信号をそれぞれ加
算した焦点ずれ誤差信号を増幅してさらに加算すること
により焦点ずれ誤差信号を得、前記２種類の反射光のそ
れぞれ少なくとも１つによるトラッキング誤差信号をそ
れぞれ加算したトラッキング誤差信号を増幅して減算す
ることによりトラッキング誤差信号を得る。このとき光
ディスクはランドグルーブディスクなど、前記周期構造
が案内溝で構成され、光スポットが案内溝にあるときに
対し、案内溝間にあるときの反射率の誤差が±３０％以
下であるディスクを用いることにより、２種類の反射光
のトラッキング誤差信号の増幅ゲインの比が、前記２種
類の反射光の焦点ずれ誤差信号の増幅ゲインの比に一致
させる。

【００３５】また同様の光ヘッドにおいて、光ディスク
がランドグルーブディスクでない場合、すなわち前記光
スポットの１つが前記光ディスクの情報トラック上に位
置する時と、前記情報トラックから前記周期構造の周期
の１／２だけずれた位置に位置する時で反射率が異なる
光ディスクの場合には、前記複数の反射光のトラッキン
グ誤差信号の増幅ゲインの比が、前記複数の反射光の焦
点ずれ誤差信号の増幅ゲインの比と異ならしめる。

【００３６】また光ヘッドにおいて、前記サブスポット
の検出用の電気回路に光ディスクの記録情報の再生信号
の周波数帯域を遮断する周波数特性を持たせる。

【００３７】また以上の光ヘッドに少なくともディスク
の回転手段と光ディスクからの再生制御回路を具備した
光ディスク装置を構成する。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。

【００３９】図１は本発明の基本的な実施例における光
学系の構成である。半導体レーザ１０１からの光は、回
折格子１０２によって回折光を生じ、ビームスプリッタ
１０３、立ち上げミラ−１０４、対物レンズ１０６を経
て光ディスク１０７の上に、０次光のメインスポット１
０８と±１次回折光の２つのサブスポット１０９、１１
０を形成する。反射光は再び、対物レンズ１０６、立ち
上げミラ−１０４を経て、ビームスプリッタ１０３を反
射し、シリンドリカルレンズ１１１によって焦点ずれ検
出のための非点収差を与えられ、光検出器１１５によっ
て受光される。光検出器１１５は０次光用４分割光検出
領域１１２、±１次回折光用４分割光検出領域１１３、
１１４に分かれており、各々独立に検出される。ここで
ディスク上の±１次回折光は０次光から両側に案内溝ピ
ッチの半分だけずれて配置されるように回折格子１０２
はやや傾けて配置されている。

【００４０】図２はこのときの光ディスク上のスポット
配置とそのときの反射光束の強度分布を示す図である。
図中０次光２０１、±１次回折光２０２、２０３が、グ
ルーブ部２０４、ランド部２０５に対して左側に若干ず
れた場合、ちょうどオントラックの場合、若干右側にず
れた場合を示している。このとき０次光検出光束２０
６、±１次回折光検出光束２０７は図のようにトラック
ずれに対して強度変化が逆向きにずれる。これはディス
ク上の±１次回折光２０２、２０３が０次光に対して１
／２トラックずれて配置されているためである。光ディ
スク上の集光スポットの位置に対してこのような検出光
束強度分布が生じること自体は、先に述べた文献等にも
述べられているように公知である。

【００４１】図３はこのときの検出器出力の回路演算方
法を示す図である。ただし検出器上１１５では焦点ずれ
検出のための非点収差により強度分布は９０度回転して
いる。ここで焦点ずれ信号（ＡＦ信号）はメインスポッ
トとサブスポットの分割検出器１１２、１１３、１１４
の対応する分割出力の同じ対角線方向成分を加え合わせ
てからその差動信号を差動増幅器３０３で演算すること
により得られる。ディスク上の集光スポットが案内溝を
横切るときのサブスポットの強度分布変化は、メインス
ポットと反転しているため、このようにすると外乱のみ
が相殺される。このとき通常、サブスポットの光量はメ
インスポットよりも小さくしておくため、その光量比分
だけサブスポットの信号出力を増幅器３０１で増幅して
から演算する。ただしここでサブスポットは２つあるの
で、実際にはサブスポット側のゲインはメインスポット
の強度をＡ、サブスポットの強度をＢとしたとき、メイ
ンスポットに対して、２つのサブスポットによる信号の
増幅ゲインをそれぞれＡ／（２Ｂ）倍にすればよい。一
方、トラッキング信号（ＴＲ信号）は図中、左右に分割
される２領域ごとの出力をメインスポットとサブスポッ
トで互い違いに足し合わせたのち、差動増幅器３０４で
差動出力をとることによって得られる。ディスク上の集
光スポットが案内溝を横切るときのサブスポットの強度
分布変化は、メインスポットと反転しており、レンズシ
フトによるオフセットは反転しないため、このようにす
るとオフセット成分のみが相殺されたトラッキング信号
が得られる。ここでメインスポットがランド上にある場
合には、サブスポットはグルーブ上にあるためランド部
と、グルーブ部の幅が異なる場合には反射光量に差が生
じる。これによりオフセットキャンセルが十分でなくな
るため、このような場合にはさらに増幅器３０２によ
り、メインスポットとサブスポットの光量差を補償する
ようにサブスポットの信号を増幅している。例えば情報
トラックがランドにある場合、ランドの反射率をａ、グ
ルーブの反射率をｂとすれば、サブスポットの増幅器３
０２のゲインはａ／ｂとすればよい。また場合によって
はメインスポットの方が出力が小さい場合もあり得る。
このようなときには逆にメインスポット側を増幅すれば
よい。あるいは増幅器３０２のゲインを１以下にすれば
よい。以上により、レンズシフトによるオフセットのな
いトラッキング誤差信号と、案内溝横断時の外乱のない
焦点ずれ誤差信号が同時に得られる。一方、再生信号は
メインスポットの光量の総和を差動増幅器３０５により
出力すればよい。ただしここでは再生専用光ディスク
や、相変化型光ディスクなどの反射光量で信号を再生す
る光ディスクを想定している。しかしながら光磁気ディ
スクの場合にもその違いはデータ信号を偏光分離した２
つの信号出力の差動信号とすることによる違いのみであ
り、焦点ずれ誤差信号およびトラッキング誤差信号は本
実施例により検出可能である。

【００４２】図４はこのときの演算方法をまとめた図で
ある。０次光の４分割光検出領域１１２の４つの出力
ａ，ｂ，ｃ，ｄ、±１次光の４分割光検出領域１１３、
１１４のそれぞれ４つの出力ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，
ｋ，ｌに対して、結局図のような演算をすればよい。た
だしＲＦはデータ信号、ＡＦは焦点ずれ信号、ＴＲはト
ラッキング誤差信号である。

【００４３】上記の実施形態は、一般に光スポットが案
内溝にある場合と、案内溝間にある場合で反射率が異な
る場合を想定していた。しかしＤＶＤ−ＲＡＭに用いら
れるランドグルーブディスクにおいては、案内溝の幅が
トラックピッチのほぼ１／２であり、光スポットがラン
ドにある場合とグルーブにある場合で反射率がほぼ等し
い。このため、図３のアンプ３０２を省略して、図２２
に示すような回路構成に簡略化することができる。ただ
ランドグルーブディスクであっても製造誤差によりグル
ーブ部に対するランド部の反射率差が最大±１０％程度
有り得る。しかしこの程度の差であれば計算機シミュレ
ーションによれば対物レンズの有効口径４ｍｍとしたと
き、レンズシフトが０．４ｍｍあっても、グルーブピッ
チ１．４８μｍのＤＶＤ−ＲＡＭディスクにおいてトラ
ックオフセットは０．０１μｍ程度であるので、図２２
の構成でもトラックオフセットは許容できる。逆にトラ
ックオフセットの許容値を仮に０．０５μｍとすれば同
じ条件でグルーブ部に対するランド部の反射率差は１．
６倍程度であった。通常のランドグルーブディスクでな
い光ディスクにおいては、これは２倍以上であるのでや
はり図２２の構成はランドグルーブディスクにしか適用
できない。

【００４４】またランドグルーブディスクでは溝部に
も、溝間部にも情報トラックがあるので、メインスポッ
トが情報トラックにある場合に、サブスポットも当然、
隣接する情報トラック上にある。この場合、ランドグル
ーブディスク以外では想定されていなかったサブスポッ
トへの記録情報の混入が起こる。これを避けるためには
図２２における増幅器３０１に、図２３に示すような周
波数特性を持たせればよい。図２３において横軸は周波
数、左側縦軸は増幅器のゲインの周波数特性、右側の縦
軸は検出器における情報トラックの再生信号の強度であ
る。再生信号は焦点ずれ誤差信号や、トラッキング誤差
信号などの制御信号に比べて高い周波数帯域にあるが、
検出器で検出される信号はこれらが合成されている。こ
こで増幅器に再生信号帯域で低いゲインとなるような特
性を持たせることによって、外乱のない制御信号を得る
ことができる。

【００４５】次に、このような方法で対物レンズ移動に
よるトラッキング信号のオフセットがキャンセルされる
ことを解析的に説明する。ジャーナル・オブ・オプティ
カル・ソサイエティ・オブ・アメリカ１９７９年６９巻
１号４頁から２４頁（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ，６
９、１（１９７９）４−２４）の文献によれば、光ディ
スクの周期構造による反射光の分布は、スカラー回折近
似において、光ディスクの反射率分布のｍ次のフーリエ
係数Ｒｍと、入射光振幅分布ａ（ｘ，ｙ）をｍ次の回折
による分布ずれｍＮＡ／Ｐλ（ＮＡ：開口数、Ｐ：案内
溝周期、λ：波長）だけずらして、スポット位置ｕ０に
よる位相成分ｅｘｐ（ｉ２πｍｕ０／Ｐ）をかけて加え
合わせることによって得られる。すなわち

【００４６】

【数１】

【００４７】である。ここでＲｍは光ディスクに振幅１
の平行光を垂直に入射した場合のｍ次の回折光の複素振
幅に相当しており、

【００４８】

【数２】

【００４９】のように表せ、特に幅ｗ、波長で規格化し
た溝深さｄの矩形溝の場合には

【００５０】

【数３】

【００５１】のようになる。ただしここで

【００５２】

【数４】

【００５３】である。これらを用いると、入射光に収差
がなく、振幅が対物レンズ瞳面内で一様だとすれば光デ
ィスクの周期的な案内溝による０次光と±１次光の干渉
強度は

【００５４】

【数５】

【００５５】のように表せる。ここでただし

【００５６】

【数６】

【００５７】である。これによりレンズ移動のない場合
のプッシュプル方式によるトラッキング信号は

【００５８】

【数７】

【００５９】のように表せる。

【００６０】ここで図５に示すように対物レンズ移動に
より２分割光検出器５０１上の光スポット５０２が動い
たとすると、それぞれの２分割光検出器５０１の各分割
領域の受光光量の増減から、通常のプッシュプル方式に
よるトラッキング信号はレンズ移動に起因するパラメタ
α（０＜α＜１）、β（０＜β＜１）を用いて

【００６１】

【数８】

【００６２】のように表せる。この右辺第２項がオフセ
ットに相当する。ここで数５において例えば回折格子に
よるサブスポットをトラックピッチの１／２だけずらす
と考えると、右辺第３項のｃｏｓの中の位相がπずれる
ので、メインスポットのスポット位置ｕ０に対して、サ
ブスポットの干渉強度は、

【００６３】

【数９】

【００６４】のようになる。また数７においても１／２
トラックだけずれれば、トラッキング信号もやはり反転
するからレンズ移動のあるときのサブスポットのトラッ
キング信号は

【００６５】

【数１０】

【００６６】となる。したがってメインスポットのトラ
ッキング信号とサブスポットのトラッキング信号をさし
ひくことにより

【００６７】

【数１１】

【００６８】の信号が得られる。したがってメインスポ
ットがオフトラック０、すなわちｕ０＝０のとき、オフ
セットは

【００６９】

【数１２】

【００７０】となる。したがって溝幅がトラックピッチ
に対して１／２でないときには、オフセットが残留す
る。これは数１１の上段右辺第２項からわかるように、
メインスポットがオントラックにあるときに、その干渉
強度がサブスポットの干渉強度と異なることに起因して
いるため、この強度変化を見込んで図４におけるゲイン
Ｇ２を設定しておくことによってキャンセルすることが
可能である。またＤＶＤ−ＲＡＭのようにランドグルー
ブ方式の光ディスクの場合には、このようなゲイン設定
をしなくとも、そのままでオフセットがキャンセルされ
る。

【００７１】以上においては、トラッキング信号のオフ
セットキャンセルの効果を説明したが、このように干渉
位相の反転した光を同時に検出することで、非点収差焦
点ずれ検出方式などで問題となる、スポットが案内溝を
横断するのに伴う焦点ずれ信号への外乱もキャンセルし
ている。以下、その原理について説明する。非点収差焦
点ずれ検出のトラック横断に伴う外乱の原因は大きく２
つある、１つはディスク上の光スポットに対して加わる
非点収差であり、もう１つは４分割検出器のずれであ
る。ここでは非点収差による外乱の混入を例として説明
する。非点収差の波面は非点収差係数Ｗ２２、非点収差
方位φを用いて

【００７２】

【数１３】

【００７３】のように表せる。これは有効口径のｘ、ｙ
座標で

【００７４】

【数１４】

【００７５】のように表せるので、非点収差を持った波
面が光ディスクによって回折されて、その０次光と±１
次回折光が対物レンズ瞳面で±δずれて重なるとする
と、非点収差によって加わる干渉の位相差は

【００７６】

【数１５】

【００７７】のように近似できる。すると０次光と±１
次回折光の干渉強度はこれを用いて

【００７８】

【数１６】

【００７９】のように表せる。ここで図６に示すように
非点収差のある光ディスク反射光束６０２において代表
点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをとるとこれらの位置における干渉強
度は数１６より

【００８０】

【数１７】

【００８１】

【数１８】

【００８２】

【数１９】

【００８３】

【数２０】

【００８４】のように表せる。焦点ずれ検出のための検
出器上で、基本的にこれらの強度がそのまま現れるとす
ると、焦点ずれ信号には

【００８５】

【数２１】

【００８６】のようにオフトラックｕ０に対してｃｏｓ
波形的な外乱が混入する。ここで集光スポットの案内溝
横断に伴う強度分布変化が反転したスポットを同時に生
成して加え合わせるすると、ψの位相がπずれて、数２
１の最初のｓｉｎの符号が反転したものを足し合わせる
ことになるので、外乱は相殺する。このとき焦点ずれ信
号の外乱のキャンセルには、ディファレンシャルプッシ
ュプルのオフセットキャンセルのために必要となったよ
うな溝幅などによる溝部と溝間部での反射率差のための
ゲインの調整は不要である。

【００８７】図７は、光ディスク上集光スポットが案内
溝を横切る場合の強度変化の極性が反転した光束を同時
に検出するための別の実施例である。ここでは光ディス
クの半径方向に対して平行に配置された直線回折格子７
０１を用いる。したがって回折格子による光ディスク上
の±１次回折光は、０次光と同じトラック上に配置され
る。またしたがって反射光束を検出するための光検出器
７０２の３つの４分割光検出領域１１２、１１３、１１
４は光ディスク接線方向に平行に配置されている。

【００８８】本実施例で用いている回折格子７０１の詳
細構造について図８を用いて説明する。この回折格子は
案内溝周期Ｐ、対物レンズ開口数ＮＡ、回折格子挿入位
置有効光束径Ｄ、に対して図のようにＤλ／（２ＮＡ・
Ｐ）の周期で格子の位相が反転した回折格子になってい
る。これは光ディスクの案内溝による回折光の０次光８
０１に対して±１次回折光８０２、８０３の反射光束の
ずれによって決まる間隔となっている。このような回折
格子による回折光は各周期ごとに回折光の波面の位相が
πずれる。これは回折格子がもともとホログラムである
ことを思い起こせば、容易に理解できる。つまりホログ
ラムはレーザ光のような干渉性の良い２つの光の干渉縞
を写真乾板などに露光現像処理したものであり、これに
露光したときの２つの光の一方を照射すると、露光した
ときのもう一方の光がホログラムの回折光として再生さ
れるというものである。そこで上記のように周期的に波
面が半波長ずれている光と平坦な波面の光を干渉させて
干渉縞をつくったとすると、当然のことながら干渉縞は
その位相ずれを反映して不連続に１／２縞の段差をつく
る。したがって逆に、そのような回折格子に平坦な波面
の光を入射すると、回折光の波面は周期的に１／２波長
ずれることになるのである。

【００８９】図９は位相反転回折格子による回折光のさ
らに光ディスク案内溝による回折光の位相シフト領域の
重なり方を説明する図である。位相反転回折格子による
回折光が光ディスクによる案内溝によってさらに回折さ
れ、０次光と±１次光がオーバーラップする。しかしな
がら０次光と±１次光など互いに隣り合った回折光どお
しでは、位相反転領域が重なることなく接するようにな
っている。このときの図の中のａ，ｂ，ｃ，．．．で示
した各領域に含まれる回折次数の任意の２つの間に、位
相反転回折格子によって加わる位相差を図１０にまとめ
る。これによれば０次光と±１次回折光など、トラッキ
ング信号に寄与する隣接する回折次数の光の間の位相差
は必ずπになっていることがわかる。そして＋１次回折
光と−１次回折光、０次光と±２次回折光など回折次数
の差が２になるような回折光どうしの位相差は０となっ
ている。したがって数５における干渉の位相差は、サブ
スポットを１／２トラックオフトラックさせることな
く、それと等価な干渉強度反転が実現できる。このよう
にすると記録マークが中心スポットに対して両側トラッ
クに非対称に存在しても、サブスポットの反射光量には
なんら非対称性が生じない。したがってトラッキング信
号のオフセットキャンセルや、焦点ずれ誤差信号の外乱
のキャンセルの効果がより安定となる。

【００９０】ここで位相反転回折格子は、対物レンズと
一体とはなっておらず、光ディスクの偏芯に追随して対
物レンズが移動した場合に、位相反転回折格子と対物レ
ンズの光軸は相対的にずれることになる。図１１はこの
場合の位相シフト領域を示す図である。対物レンズ移動
があっても位相シフト領域の継ぎ目が移動するだけで、
干渉強度の反転にはなんら支障を生じないことがわか
る。

【００９１】図１２は光ディスク上集光スポットが案内
溝を横切る場合の強度変化の極性が反転した光束を同時
に検出するためのさらに別の実施例である。ここでは図
７の位相反転回折格子にかわりに偏光性位相シフタ１２
０１を用いている。これにより偏光性位相シフタ１２０
１に入射する特定の方向の直線偏光成分の位相のみをＤ
λ／（２ＮＡ・Ｐ）周期の領域において反転させ、検出
器７０２の直前で、３ビームウォラストンプリズム１２
０２により、偏光分離して検出する。このとき位相反転
回折格子の場合のような、サブスポットは生じず、光デ
ィスク１０７上の光スポットは１つしか存在しない。こ
れによりサブスポットによる光量損失を軽減でき、記録
可能な光ディスクに適した光ヘッドを構成できる。

【００９２】図１３は偏光性位相シフタの原理を説明す
るための図である。ここではニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ３）を用いた例を示す。ニオブ酸リチウム基板１３
０１は紙面内方向に屈折率異方性の主軸１３０２を持
ち、そこにグレーティングパターンに合わせてプロトン
交換領域１３０３を形成する。さらにそのグレーティン
グパターンに合わせて、誘電体膜１３０４を形成する。
このときグレーティングパターンとその間に入射する常
光線１３０５、１３０６の位相差φｏ、異常光線１３０
７、１３０８の位相差φｅはそれぞれ以下のように表せ
る。

【００９３】

【数２２】

【００９４】ここでそれぞれの位相差を回折効率を考慮
して適当な設計値に設定し、誘電体膜の厚さＴｄとプロ
トン交換領域の深さＴｐを未知数とする連立１次方程式
として解けば、

【００９５】

【数２３】

【００９６】となり常光線と異常光線で所望の位相差を
独立に与える偏光性グレーティングが設計できる。例え
ば波長λ＝０．６６μm、誘電体層屈折率ｎｄ＝２．２
でφｏ＝０゜、φｅ＝＋１８０゜としようとすればＴｐ
＝２．０６μm、Ｔｄ＝０．０７μmとすればよい。この
ようにすればプロトン交換領域について選択的に位相を
πずらすことができ、すでに述べた実施例と同様のオフ
セットキャンセル効果が期待できる。

【００９７】以下、スカラー回折シミュレーションによ
る、焦点ずれ検出信号における集光スポットの案内溝横
断時の外乱のキャンセル効果、および対物レンズ移動に
伴う外乱のキャンセル効果について説明する。図１４は
通常の焦点ずれ検出系において、非点収差、球面収差、
ディテクタずれが複合して存在するときの、焦点ずれ信
号である。中心部分が膨らんでおり、かなり大きな外乱
が生じていることがわかる。一方、図１５は位相反転回
折格子を用いることを想定した場合の計算結果である。
これを見ると外乱がほとんどキャンセルしていることが
わかる。図１６はディファレンシャルプッシュプル方式
でのメインスポットとサブスポットの焦点ずれ信号を足
し合わせたときの焦点ずれ信号である。外乱がほとんど
キャンセルできていることがわかる。

【００９８】図１７は通常の非点収差焦点ずれ検出方式
の受光面上でのトラッキング信号を対物レンズ移動を変
えて計算したものである。オフセットがかなり大きく発
生していることがわかる。図１８は同様の計算を位相反
転回折格子を用いたもの行ったものである。オフセット
がほとんどキャンセルされていることがわかる。さらに
図１９はやはり同様の計算をディファレンテャシャルプ
ッシュプル方式において適用した場合の実施例である。
ともにオフセットが非常に小さくなっている。

【００９９】図２０は特にＣＤ，ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤーＲ
ＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭの再生の可能な本発明による光学
系構成の実施例である。半導体レーザはＤＶＤ用の６５
０ｎｍ半導体レーザ２００１とＣＤ，ＣＤ−Ｒ用の７８
０ｎｍの半導体レーザ２００２の２つを搭載している。
ＣＤ−Ｒを再生するにはＣＤーＲの記録膜の反射率の分
光特性の関係から、７８０ｎｍの半導体レーザ２００２
が必須である。各々の光はそれぞれ回折格子２００３、
２００４に入射し、±１次回折光を生じる。ここで６５
０ｎｍ用の回折格子２００３は本発明でこれまで説明し
てきた回折格子であり、７８０ｎｍ用の回折格子はＣＤ
のトラッキング検出で通常用いられる３ビームトラッキ
ング方式のためのサブスポット形成のための回折格子で
ある。６５０ｎｍの光は次にダイクロイックミラー２０
０５を反射し、ビームスプリッタ２００６を透過して、
立ち上げミラー２００７を反射し、ＤＶＤ／ＣＤ互換対
物レンズ２００８により、ＤＶＤ２００９上に集光され
る。一方７８０ｎｍの光はビームスプリッタ２００６を
反射し、立ち上げミラー２００７を反射して、ＤＶＤ／
ＣＤ互換対物レンズ２００８により、ＣＤまたはＣＤ−
Ｒディスク２００９に集光される。それぞれ反射光は、
ＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズ２００８、立ち上げミラー
２００７を経て、ビームスプリッタ２００６及びダイク
ロイックミラー２００５を透過して、光学部品Ｇを透過
して光検出器２０１０に集光される。

【０１００】図２１はこの光学系構成において焦点ずれ
検出方式を変えた、複数の実施例での光学部品Ｇ、及び
検出器受光パターン構成、及び信号演算方法を説明する
図である。焦点ずれ検出方式にビームサイズ検出を用い
る場合には光学部品Ｇに曲線回折格子２１０１を用い、
回折格子２００３または２００４による０、±１次回折
光それぞれについて、光検出器面上で焦点よりもやや前
の光スポットと、焦点よりやや後ろの光スポットを曲線
回折格子２１０１の±１次回折光として出力させる。こ
のとき曲線回折格子２１０１の回折効率を十分大きくし
ておき、０次光は生じないようにしておくと検出領域数
を減らすことができる。こうして合計６個の光スポット
のうち曲線回折格子２１０１の１組の±１次回折光か
ら、ビームサイズ検出方式による焦点ずれ誤差信号が得
られる。回折格子２００３または２００４の０次光の一
方を４分割光検出器で受光することより、ＤＶＤ−ＲＯ
Ｍで用いているＤＰＤ信号（ディファレンシャル・フェ
ーズ・ディテクション）を得ることができる。また回折
格子２００３の０次光と回折光の１つから、オフセット
キャンセルされたプッシュプル信号をえることができ
る。ＣＤ用の３ビームトラッキング信号は回折格子２０
０４の±１次回折光の光量差から検出することができ
る。また回折格子２００３、２００４の０次光の総光量
から再生ＲＦ信号を得ることができる。

【０１０１】焦点ずれ検出方式としてダブルナイフエッ
ジ方式を用いる場合には光学部品Ｇには、光分割プリズ
ム２１０２を用いる。これにより光検出器上には回折格
子２００３、２００４の回折光がそれぞれ４分割されて
いる。回折光の一方の４つの光からダブルナイフエッジ
方式による焦点ずれ誤差信号が得られる。プッシュプル
方式によるトラッキング信号、ＤＰＤ信号、３ビーム方
式によるトラッキング信号、ＲＦ信号などはビームサイ
ズ検出とほぼ同様にして図のように検出することができ
る。

【０１０２】これらの焦点ずれ検出方式では検出器の分
割線方向の選択によって、ずれや収差にも比較的、案内
溝横断に伴う外乱が発生しにくいため、本実施例におい
ては特に分布反転した光と加え合わせる構成をしめさな
かったが、光学系の構成によって別の要求から外乱の発
生しやすい分割線の構成が必要となることも有り得る。
その場合には強度分布変化の反転した光同士の焦点ずれ
誤差信号を加え合わせることで、非点収差方式以外の焦
点ずれ検出方式においても外乱を低減することが可能と
なる。したがって本発明は従来、案内溝横断の外乱の観
点から採用できなかった光学系構成をも可能にでき、設
計の自由度を増大させることができる。

【０１０３】非点収差焦点ずれ検出方式を採用する場合
には、光学部品Ｇは不要である。というのは非点収差焦
点ずれ検出のための非点収差は、ダイクロイックミラー
を透過するときに生じる非点収差で代用できるからであ
る。これは集束光が平行平板に入射した場合には非点収
差が発生する原理を用いている。ここでは焦点ずれ検出
においては外乱の観点からこれまで説明したように０次
光と１次光の焦点ずれ誤差信号の和をとっている。従
来、平行平板を用いて非点収差を導入する場合、平行平
板は案内溝横断の外乱が発生しにくいようにトラックに
対して４５度をなすように挿入されていたが、本発明に
より外乱がキャンセルされることにより、このような制
限を特に必要でなくなる。したがって場合によっては、
光ヘッドの全体的な大きさをコンパクトに抑えるのに有
効となり得る。またプッシュプル方式によるトラッキン
グ信号については同様に分布反転したトラッキング信号
との差をとっている。その他については他の焦点ずれ検
出方式を採用した場合と同等である。

【０１０４】以下、光磁気ディスク装置を例として、本
発明による光ヘッドを光ディスク装置に用いた場合の実
施例について説明する。

【０１０５】光磁気ディスク装置２４００は、光ヘッド
２４０１と、制御回路、及び、モータなどの機構系から
構成されている。

【０１０６】まず光ヘッド２４０１において、半導体レ
ーザ２４０２からの直線偏光は本発明による回折格子２
４２４、光分岐素子２４０３を透過して、対物レンズ２
４０４により光磁気ディスク２４０５上に集光される。
このとき信号再生時は光スポットが記録ドメインの上に
あるか否かによって反射光の偏光方向がそれぞれ逆向き
に約１゜回転することにより記録情報を搬送する。信号
記録時は磁界印加コイル２４０６によって光磁気ディス
ク２４０５があらかじめ初期化されている磁化方向とは
逆向きの磁界を印加し、光スポットが照射されて磁気記
録膜の転移温度（キュリー点）より高温となった領域だ
け磁化を反転させて磁気ドメインを形成する。

【０１０７】光磁気ディスク２４０６からの反射光は再
び対物レンズ２４０４を通り、光分岐素子２４０３を反
射して、第２の光分岐素子２４０７に入射する。まず第
２の光分岐素子２４０７を反射した光はシリンドリカル
レンズ２４２５を透過して、サーボ信号検出用光検出器
２４０８に入射し、その中に内蔵された分割光検出器に
より焦点ずれ信号とトラッキング誤差信号の演算にそれ
ぞれ複数必要となる信号を検出する。ここでシリンドリ
カルレンズは、同様の非点収差を発生する回折格子でも
かまわない。一方、第２の光分岐素子２４０７を透過し
た光は、偏光分離素子２４０９により、光磁気ディスク
２４０６に入射した光の偏光方向に対して、それぞれ＋
４５゜、−４５゜をなす直線偏光成分に分離され、２分
割光検出器２４１０に入射する。したがって光磁気ディ
スクによる偏光回転がない場合はそれらは同じ光量とな
り、偏光回転がある場合はその回転方向に応じて２つの
光量が増減する。つまり２分割光検出器の出力の差が光
磁気再生信号となる。

【０１０８】光ヘッド２４０１からの電気的な入出力は
フレキシブル基板２４１１、２４１２を介して行われ
る。本実施例においては半導体レーザ２４０２の駆動と
サーボ信号検出用光検出器２４０８の入出力をフレキシ
ブル基板２４１１、２分割光検出器２４１０の入出力を
フレキシブル基板２４１２によって行っている。

【０１０９】半導体レーザ２４０２はユーザデータ２４
１３をストアしたバッファメモリ２４１４のディジタル
情報に応じて生成された、記録波形発生回路２４１５か
らの記録波形によりレーザ駆動回路２４１６で、その明
滅を制御する。

【０１１０】サーボ信号検出用光検出器２４０８による
電流出力はサーボ信号演算回路２４１７によって電流電
圧変換され、増幅され、本発明の演算方法によって演算
され、焦点ずれ誤差信号、トラッキング誤差信号、ヘッ
ド位置制御信号を生成する。前記２つの誤差信号は対物
レンズアクチュエータ２４１８にフィードバックされ、
集光スポットが光磁気ディスク２４０５の記録膜面の情
報トラックの上に常にあるように閉ループ制御される。
他方、ヘッド位置制御信号は光ヘッド２４０１を再生ト
ラックの近傍にほぼ配置させるよう、ヘッド移動機構２
４１９に入力される。こちらの制御はディジタル情報記
録用の光磁気ディスクの場合にはやはり通常、閉ループ
制御されるが、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＤなどにおいては開ル
ープ制御させることが多い。本発明によりトラッキング
信号、焦点ずれ誤差信号とも安定化させ、外乱に強く、
記録再生の信頼性が向上する。

【０１１１】２分割光検出器２４１０からの出力は通
常、検出器内部に増幅器を内蔵させ、電圧出力とし、フ
レキシブル基板２４１２によって信号検出回路２４２０
に入力され、差動増幅、イコライザ処理、２値化、復号
処理されディジタル情報を再生する。出力情報はバッフ
ァメモリ２４１４にストアされる。

【０１１２】光磁気ディスク２４０５はスピンドルモー
タ２４２１で回転されており、スピンドルモータ駆動回
路２４２２によってその回転が制御されている。また磁
界印加コイルは磁界印加コイル制御回路２４２３によっ
てその磁化方向を制御されている。さらにこれらすべて
の制御回路はコントローラ２４２４で制御されている。

【０１１３】本実施例においては、光磁気ディスク装置
を例としたが、先に述べたＤＶＤ−ＲＡＭにおいても信
号検出の光学系が光磁気方式でないだけで、ほぼ同様の
構成で実現できる。またＣＤ−ＲＯＭや、ＤＶＤ−ＲＯ
Ｍにおいては、記録制御系が不要となるだけでそれ以外
はほぼ同様の構成で光ディスク装置を実現できる。いず
れについても本発明による光ヘッドを用いることで、焦
点ずれ信号とトラッキング信号の安定化が図れ、対物レ
ンズアクチュエータの可動部重量が軽く、高速化に対応
でき、安価な光ディスク装置を実現できる。

【０１１４】

【発明の効果】本発明によれば、回折格子などの安価な
部品を対物レンズアクチュエータに搭載することなく、
固定光学系に追加するのみで、焦点ずれ検出において光
ディスクの偏芯に伴って記録膜面上で光スポットがトラ
ックを横切るときに焦点ずれ信号に生じる外乱を根本的
に解消でき、同時にトラッキング誤差信号に生じるレン
ズ移動に伴うオフセットを根本的にキャンセルできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な実施例における光学系の構
成。

【図２】光ディスク上のスポット配置とそのときの反射
光束の強度分布を示す図。

【図３】検出器出力の回路演算方法を示す図。

【図４】検出器出力の演算方法を示す図。

【図５】対物レンズ移動によるトラッキング信号オフセ
ットを説明する図。

【図６】非点収差による焦点ずれ信号への外乱を説明す
る図。

【図７】位相反転回折格子を用いた実施例における光学
系の構成。

【図８】位相反転回折格子の詳細構造を説明する図。

【図９】位相反転光の光ディスク案内溝による回折にお
ける位相シフト領域の重なり方を説明する図。

【図１０】位相反転回折格子により光ディスク回折光に
加わる干渉位相差。

【図１１】対物レンズ移動がある場合の、位相反転光の
光ディスク案内溝による回折における位相シフト領域の
重なり方を説明する図。

【図１２】偏光性位相シフタを用いた実施例における光
学系の構成。

【図１３】偏光性位相シフタの原理を説明するための
図。

【図１４】通常の焦点ずれ信号の案内溝横断による外乱
の計算。

【図１５】位相反転回折格子を用いた場合の焦点ずれ信
号の案内溝横断による外乱の計算。

【図１６】ディファレンシャルプッシュプル方式におけ
る焦点ずれ信号の案内溝横断による外乱の計算。

【図１７】通常の焦点ずれ信号検出光束でのトラッキン
グ信号のレンズシフト特性。

【図１８】位相反転回折格子を用いた場合の焦点ずれ信
号検出光束でのトラッキング信号のレンズシフト特性。

【図１９】ディファレンシャルプッシュプル方式におけ
る焦点ずれ信号検出光束でのトラッキング信号のレンズ
シフト特性。

【図２０】ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ，ＣＤ−Ｒの
再生の可能な本発明による光学系構成の実施例。

【図２１】図２０の実施例における検出構成の詳細を説
明する図。

【図２２】ランドグルーブディスクに対応した検出回路
系構成図。

【図２３】図２２における増幅器３０１の周波数特性の
説明図。

【図２４】光磁気ディスク装置に用いた場合の実施例。

【符号の説明】

１０１‥‥半導体レーザ、１０２‥‥直線回折格子、１
０３‥‥ビームスプリッタ、１０４‥‥立ち上げミラ
ー、１０５‥‥対物レンズアクチュエータ、１０６‥‥
対物レンズ、１０７‥‥光ディスク、１０８‥‥０次
光、１０９‥‥１次回折光、１１０‥‥−１次回折光、
１１１‥‥シリンドリカルレンズ、１１２‥‥０次光用
４分割光検出領域、１１３‥‥＋１次回折光用４分割光
検出領域、１１４‥‥−１次回折光用４分割光検出領
域、１１５‥‥光検出器、２０１‥‥０次光、２０２‥
‥＋１次回折光、２０３‥‥−１次回折光、２０４‥‥
グルーブ部、２０５‥‥ランド部、２０６‥‥０次光反
射光束、２０７‥‥±１次回折光反射光束、３０１、３
０２‥‥増幅器、３０３、３０４、３０５‥‥差動増幅
器、５０１‥‥２分割光検出器、５０２‥‥反射光束、
６０１‥‥非点収差のある光ディスク反射光束、６０２
‥‥４分割光検出器、７０１‥‥位相反転回折格子、７
０２‥‥光検出器、８０１‥‥光ディスク案内溝による
０次回折光、８０２‥‥光ディスク案内溝による＋１次
回折光、８０３‥‥光ディスク案内溝による−１次回折
光、１２０１‥‥偏光性位相シフタ、１３０１‥‥ニオ
ブ酸リチウム基板、１３０２‥‥結晶主軸方位、１３０
３‥‥プロトン交換領域、１３０４‥‥誘電体膜、１３
０５、１３０６‥‥常光線、１３０７、１３０８‥‥異
常光線、２００１‥‥６５０ｎｍ半導体レーザ、２００
２‥‥７８０ｎｍ半導体レーザ、２００３‥‥本発明の
回折格子、２００４‥‥３ビームトラッキングサブビー
ム形成用回折格子、２００５‥‥ダイクロイックミラ
ー、２００６‥‥ビームスプリッタ、２００７‥‥立ち
上げミラー、２００８‥‥ＤＶＤ／ＣＤーＲ互換対物レ
ンズ、２００９‥‥ＤＶＤまたはＤＶＤ−ＲＡＭまたは
ＣＤまたはＣＤ−Ｒ、Ｇ‥‥光学部品、２０１０‥‥光
検出器、２１０１‥‥曲線回折格子、２１０２‥‥光分
割プリズム、２４００‥‥光磁気ディスク装置、２４０
１‥‥光ヘッド、２４０２‥‥半導体レーザ、２４０３
‥‥光分岐素子、２４０４‥‥対物レンズ、２４０５‥
‥光磁気ディスク、２４０６‥‥磁界印加コイル、２４
０７‥‥第２の光分岐素子、２４０８‥‥サーボ信号検
出用光検出器、２４０９‥‥偏光分離素子、２４１０‥
‥２分割光検出器、２４１１、２４１２‥‥フレキシブ
ル基板、２４１３‥‥ユーザデータ、２４１４‥‥バッ
ファメモリ、２４１５‥‥記録波形発生回路、２４１６
‥‥レーザ駆動回路、２４１７‥‥サーボ信号演算回
路、２４１８‥‥対物レンズアクチュエータ、２４１９
‥‥ヘッド移動機構、２４２０‥‥信号検出回路、２４
２１‥‥スピンドルモータ、２４２２‥‥スピンドルモ
ータ駆動回路、２４２３‥‥磁界印加コイル制御回路、
２４２４‥‥コントローラ、２４２５‥‥本発明による
回折格子、２４２６‥‥シリンドリカルレンズ。

フロントページの続き (72)発明者 大西 邦一 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所マルチメディアシステム 開発本部内 (72)発明者 井上 雅之 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所マルチメディアシステム 開発本部内 (72)発明者 福井 幸夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像情報メディア事業部 内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザと、その出射光を半径方向に
   周期構造のある光ディスクに少なくとも１つの集光スポ
   ットとして集光する集光光学系と、前記光ディスクから
   の反射光を検出する光検出系と、該反射光から前記集光
   スポットの焦点ずれ信号とトラッキング誤差信号の両方
   を得る電気回路とを有する光ヘッドにおいて、前記集光
   光学系中に前記光ディスク上の集光スポットを前記周期
   構造が横断するのに伴う反射光束中の強度変化の極性が
   互いに略反転した複数の反射光を生成する手段を有し、
   前記光検出系にこれらの複数の反射光を分離して検出す
   る手段を有し、前記電気回路において前記強度変化に起
   因する焦点ずれ誤差信号の変動が互いに相殺しあうよう
   に各々の反射光の焦点ずれ誤差信号の和をとることによ
   り焦点ずれ誤差信号を得ることを特徴とする光ヘッド。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光ヘッドにおいて、極性
   の互いに反転した前記複数の反射光の各々のトラッキン
   グ誤差信号の差をトラッキング誤差信号としたことを特
   徴とする光ヘッド。
3. 【請求項３】請求項２に記載の光ヘッドにおいて、極性
   の互いに反転した前記複数の反射光の各々のトラッキン
   グ誤差信号の差をトラッキング誤差信号とするのにあた
   って、前記電気回路において前記集光スポットの１つが
   前記光ディスクの情報トラック上にあるときの各々の反
   射総光量の逆数の比に比例したゲインで各々のトラッキ
   ング誤差信号を増幅したのち、これらの差を演算してト
   ラッキング誤差信号とすることを特徴とする光ヘッド。
4. 【請求項４】請求項１から３に記載の光ヘッドにおい
   て、前記光ディスクからの反射光を半導体レーザからの
   光路から分岐する光分岐素子を有し、強度変化の極性が
   互いに略反転した複数の反射光を生成する手段が、前記
   半導体レーザと前記光分岐素子の間に配置された回折格
   子であって、光ディスク上でこの回折格子による±１次
   回折光の集光スポットが、０次光の集光スポットに対
   し、前記周期構造の周期の約半分だけ互いに反対方向に
   半径方向にずれて配置されるように前記回折格子が光デ
   ィスク半径方向に対して傾けて設置されることを特徴と
   する光ヘッド。
5. 【請求項５】請求項１から３に記載の光ヘッドにおい
   て、前記光ディスクからの反射光を半導体レーザからの
   光路から分岐する光分岐素子を有し、強度変化の極性が
   互いに略反転した複数の反射光を生成する手段が、前記
   半導体レーザと前記光分岐素子の間に配置された回折格
   子であって、この回折格子がディスク半径方向に略λＤ
   ／（２ＮＡ・Ｐ）（λ：光波長、ＮＡ：対物レンズ開口
   数、Ｐ：ディスク上半径方向周期構造の周期、Ｄ：回折
   格子上の有効光束径）おきに同じ幅の領域で格子の位相
   が反転しており、光ディスク上でこの回折格子による±
   １次回折光の集光スポットが、０次光の集光スポットと
   同一トラック上に配置されるように回折格子の格子の方
   向が光ディスク接線方向に対して平行に設置され、光検
   出系においてこれらを分離して検出し、０次光からの受
   光光量信号からデータ信号を得ることを特徴とする光ヘ
   ッド。
6. 【請求項６】請求項１から３に記載の光ヘッドにおい
   て、前記光ディスクからの反射光を半導体レーザからの
   光路から分岐する光分岐素子を有し、強度変化の極性が
   互いに略反転した複数の反射光を生成する手段が、前記
   半導体レーザと前記光分岐素子の間に配置された偏光性
   位相シフタであって、この偏光性位相シフタがディスク
   半径方向に略λＤ／（２ＮＡ・Ｐ）（λ：光波長、Ｎ
   Ａ：対物レンズ開口数、Ｐ：ディスク上の周期構造の周
   期、Ｄ：回折格子上の有効光束径）おきに同じ幅の領域
   で特定の方向に偏光した直線偏光成分の位相を相対的に
   反転させ、これと直交する直線偏光成分の位相は位相シ
   フタ全体で変化しない構造であり、光検出系においてこ
   れらの偏光成分を偏光分離素子を用いて分離して検出
   し、位相反転の加わらない偏光成分からデータ信号を得
   ることを特徴とする光ヘッド。
7. 【請求項７】請求項１から６に記載の光ヘッドにおい
   て、前記焦点ずれ検出のために非点収差法、トラッキン
   グ誤差検出のためにプッシュプル法を用いたことを特徴
   とする光ヘッド。
8. 【請求項８】請求項７に記載の光ヘッドにおいて、前記
   光検出系に１つの光スポットを４分割された光検出領域
   で受光する光検出領域が少なくとも２組ある光検出器を
   有することを特徴とする光ヘッド。
9. 【請求項９】半導体レーザと、その出射光を半径方向に
   周期構造のある光ディスクに集光する集光光学系と、前
   記光ディスクからの反射光を半導体レーザからの光路か
   ら分岐する光分岐素子と、前記光ディスクからの反射光
   を検出する光検出系と、該反射光から光スポットの焦点
   ずれ信号とトラッキング誤差信号の少なくとも一方を得
   る電気回路とを有する光ヘッドにおいて、前記半導体レ
   ーザと前記光分岐素子の間に配置され、光ディスク上で
   ±１次回折光の集光スポットが、０次光の集光スポット
   に対し、前記周期構造の周期の約半分だけ互いに反対方
   向に半径方向にずれて配置されるように光ディスク半径
   方向に対して傾けて設置された回折格子をさらに有する
   ことを特徴とする光ヘッド。
10. 【請求項１０】半導体レーザと、その出射光を半径方向
    に周期構造のある光ディスクに集光する集光光学系と、
    前記光ディスクからの反射光を半導体レーザからの光路
    から分岐する光分岐素子と、前記光ディスクからの反射
    光を検出する光検出系と、該反射光から光スポットの焦
    点ずれ信号とトラッキング誤差信号の少なくとも一方を
    得る電気回路とを有する光ヘッドにおいて、前記半導体
    レーザと前記光分岐素子の間に配置され、光ディスク半
    径方向に略λＤ／（２ＮＡ・Ｐ）（λ：光波長、ＮＡ：
    対物レンズ開口数、Ｐ：ディスク上半径方向周期構造の
    周期、Ｄ：回折格子上の有効光束径）おきに同じ幅の領
    域で格子の位相が反転しており、光ディスク上で±１次
    回折光の集光スポットが、０次光の集光スポットと同一
    トラック上に配置されるように格子の方向が光ディスク
    接線方向に対して平行に設置された回折格子をさらに有
    することを特徴とする光ヘッド。
11. 【請求項１１】半導体レーザと、その出射光を半径方向
    に周期構造のある光ディスクに集光する集光光学系と、
    前記光ディスクからの反射光を半導体レーザからの光路
    から分岐する光分岐素子と、前記光ディスクからの反射
    光を検出する光検出系と、該反射光から光スポットの焦
    点ずれ信号とトラッキング誤差信号の少なくとも一方を
    得る電気回路とを有する光ヘッドにおいて、前記半導体
    レーザと前記光分岐素子の間に配置され、光ディスク半
    径方向に略λＤ／（２ＮＡ・Ｐ）（λ：光波長、ＮＡ：
    対物レンズ開口数、Ｐ：ディスク上の周期構造の周期、
    Ｄ：回折格子上の有効光束径）おきに同じ幅の領域で特
    定の方向に偏光した直線偏光成分の位相を相対的に反転
    させ、これと直交する直線偏光成分の位相が全体で変化
    しない構造の偏光性位相シフタをさらに有することを特
    徴とする光ヘッド。
12. 【請求項１２】半導体レーザと、その出射光を半径方向
    に周期構造のある光ディスクに少なくとも１つの集光ス
    ポットとして集光する集光光学系と、前記光ディスクか
    らの反射光を検出する光検出系と、該反射光から前記集
    光スポットの焦点ずれ信号とトラッキング誤差信号の両
    方を得る電気回路とを有する光ヘッドにおいて、前記集
    光光学系中に前記光ディスク上の集光スポットを前記周
    期構造が横断するのに伴う反射光束中の強度変化の極性
    が互いに略反転した２種類のそれぞれ少なくとも１つ以
    上の反射光を生成する手段を有し、前記光検出系にこれ
    らの複数の反射光を分離して検出する手段を有し、前記
    電気回路において前記２種類の反射光のそれぞれ少なく
    とも１つによる焦点ずれ誤差信号をそれぞれ加算した焦
    点ずれ誤差信号を増幅してさらに加算することにより焦
    点ずれ誤差信号を得、前記２種類の反射光のそれぞれ少
    なくとも１つによるトラッキング誤差信号をそれぞれ加
    算したトラッキング誤差信号を増幅して減算することに
    よりトラッキング誤差信号を得る光ヘッドにおいて、前
    記光ディスクの周期構造が案内溝によって構成され、前
    記集光スポットの１つが案内溝上に位置する時に対し、
    案内溝間に位置する時の反射率差が±１０％以下である
    光ディスクであって、前記２種類の反射光のトラッキン
    グ誤差信号の増幅ゲインの比が、前記２種類の反射光の
    焦点ずれ誤差信号の増幅ゲインの比に等しいことを特徴
    とする光ヘッド。
13. 【請求項１３】半導体レーザと、その出射光を半径方向
    に周期構造のある光ディスクに少なくとも１つの集光ス
    ポットとして集光する集光光学系と、前記光ディスクか
    らの反射光を検出する光検出系と、該反射光から前記集
    光スポットの焦点ずれ信号とトラッキング誤差信号の両
    方を得る電気回路とを有する光ヘッドにおいて、前記集
    光光学系中に前記集光スポットを前記周期構造が横断す
    るのに伴う反射光束中の強度変化の極性が互いに略反転
    した２種類のそれぞれ少なくとも１つ以上の反射光を生
    成する手段を有し、前記光検出系にこれらの複数の反射
    光を分離して検出する手段を有し、前記電気回路におい
    て前記２種類の反射光のそれぞれ少なくとも１つによる
    焦点ずれ誤差信号をそれぞれ加算した焦点ずれ誤差信号
    を増幅してさらに加算することにより焦点ずれ誤差信号
    を得、前記２種類の反射光のそれぞれ少なくとも１つに
    よるトラッキング誤差信号をそれぞれ加算したトラッキ
    ング誤差信号を増幅して減算することによりトラッキン
    グ誤差信号を得る光ヘッドにおいて、前記光ディスク
    は、前記集光スポットの１つが前記光ディスクの情報ト
    ラック上に位置する時と、前記情報トラックから前記周
    期構造の周期の１／２だけずれた位置に位置する時で反
    射率が異なる光ディスクであって、前記複数の反射光の
    トラッキング誤差信号の増幅ゲインの比が、前記複数の
    反射光の焦点ずれ誤差信号の増幅ゲインの比と異なるこ
    とを特徴とする光ヘッド。
14. 【請求項１４】請求項１２または１３に記載の光ヘッド
    において、前記電気回路に光ディスクの記録情報の再生
    信号の周波数帯域を遮断する周波数特性を有することを
    特徴とする光ヘッド。
15. 【請求項１５】請求項１から１４に記載の光ヘッドに加
    えて、前記光ディスクの回転手段と光ディスクからの再
    生制御回路を少なくとも具備した光ディスク装置。