(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された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と、
前記光ディスクからの前記複数の反射光を分離して検出する光検出系と、
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、
前記複数の反射光から前記集光スポットの焦点ずれ誤差信号とトラッキング誤差信号を得る電気回路とを有し、
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、
前記電気回路では、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合うように、前記複数の反射光の各々の焦点ずれ誤差信号の和を取ることにより焦点ずれ誤差信号を得、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、前記極性の互いに略反転した複数の反射光の各々のトラッキング誤差信号を増幅した後、前記増幅された各々のトラッキング誤差信号の差を演算してトラッキング誤差信号を得ることを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された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と、
前記光ディスクからの前記複数の反射光を分離して検出する光検出系と、
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、
前記複数の反射光から前記集光スポットの焦点ずれ誤差信号とトラッキング誤差信号を得る電気回路とを有し、
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、
前記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、
前記特定の方向に偏光した直線偏光成分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、前記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、
前記電気回路では、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合うように、前記複数の反射光の各々の焦点ずれ誤差信号の和を取ることにより焦点ずれ誤差信号を得、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、前記極性の互いに略反転した複数の反射光の各々のトラッキング誤差信号を増幅した後、前記増幅された各々のトラッキング誤差信号の差を演算してトラッキング誤差信号を得ることを特徴とする光ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光ヘッドにおいて、
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。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光ヘッドにおいて、
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ときと、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ときで、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。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか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、前記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。
【請求項６】
請求項５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。
【請求項７】
請求項３又は４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。
【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６８７７４）、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（１９８６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／（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。
【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１０８と±１次回折光の２つのサブスポット１０９、１１０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２０６、±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３０２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，６９、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】
0003661694.tif 000002
【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】
0003661694.tif 000003
【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】
0003661694.tif 000004
【００５１】
のようになる。ただしここで
【００５２】
【数４】
0003661694.tif 000005
【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】
0003661694.tif 000006
【００５５】
のように表せる。ここでただし
【００５６】
【数６】
0003661694.tif 000007
【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】
0003661694.tif 000008
【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】
0003661694.tif 000009
【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】
0003661694.tif 000010
【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】
0003661694.tif 000011
【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】
0003661694.tif 000012
【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】
0003661694.tif 000013
【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】
0003661694.tif 000014
【００７３】
のように表せる。これは有効口径のｘ、ｙ座標で
【００７４】
【数１４】
0003661694.tif 000015
【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】
0003661694.tif 000016
【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】
0003661694.tif 000017
【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】
0003661694.tif 000018
【００８１】
【数１８】
0003661694.tif 000019
【００８２】
【数１９】
0003661694.tif 000020
【００８３】
【数２０】
0003661694.tif 000021
【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】
0003661694.tif 000022
【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２１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７０１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、１１４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８０１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１２０１を用いている。これにより偏光性位相シフタ１２０１に入射する特定の方向の直線偏光成分の位相のみをＤλ／（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１２０２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（ＬｉＮｂＯ３）を用いた例を示す。ニオブ酸リチウム基板１３０１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１３０７、１３０８の位相差φｅはそれぞれ以下のように表せる。
【００９３】
【数２２】
0003661694.tif 000023
【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】
0003661694.tif 000024
【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ＲＯＭ、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６５０ｎｍ半導体レーザ２００１とＣＤ，ＣＤ−Ｒ用の７８０ｎｍ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６５０ｎｍ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２００５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−ＲＯＭ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２００４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２４２４、光分岐素子２４０３を透過して、対物レンズ２４０４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２４１３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２４１９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−ＲＯＭ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、１０３‥‥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、３０２‥‥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、７０２‥‥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、１３０３‥‥プロトン交換領域、１３０４‥‥誘電体膜、１３０５、１３０６‥‥常光線、１３０７、１３０８‥‥異常光線、２００１‥‥６５０ｎｍ半導体レーザ、２００２‥‥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、２４０１‥‥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、２４０７‥‥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、２４２１‥‥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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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