(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３本の光ビームを対物レンズを介して情報記録媒体に集光照射し、この情報記録媒体上に３個の集光スポットを形成し、前記情報記録媒体からの光ビームをそれぞれ３個の２分割光検知器で受光し、３個の２分割光検知器からの差出力からトラッキング誤差信号を得る光ヘッドのトラッキング誤差検出装置において、
２本の光ビームの各々の半面ともう一方の半面との間に１８０度の位相差を与える位相付加手段として、
半面の周期構造の位相が情報記録媒体上トラックに対して直交する方向のもう一方の半面に形成された周期構造の位相と１８０度異なる回折格子を設けるとともに、
隣接しあう前記集光スポットの前記情報記録媒体上トラックに直交する方向の間隔が零となるように前記集光スポットを前記情報記録媒体上に配置したことを特徴とする光ヘッドのトラッキング誤差検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的に情報の記録再生を行う光ヘッドのトラッキング誤差検出装置に関し、特に、オフセットの発生が小さく、さらに、検出感度のトラック間隔に対する依存性が小さいトラッキング誤差検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は特公平４−１４１２号公報、及び、“Ｇ．  Ｂｏｕｗｈｕｉｓ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｃ  Ｓｙｓｔｅｍ，  Ａｄａｍ  Ｈｉｌｇｅｒ，  ｐｐ．  ７２〜７３  （１９８５）”に記載されたプッシュプル法と呼ばれる従来のトラッキング誤差検出装置を示す構成図である。図８において、１は記録再生用の光束を放射する半導体レーザなどの発光源である。２は発光源１からの光ビームを平行ビームに変換するコリメータレンズであり、３はコリメータレンズ２からの平行ビームを透過すると共に後述する情報記録媒体５からの反射ビームを反射させるビームスプリッタ、４は前記発光源１からの出射光ビームを後述する情報記録媒体５の情報記録面６上に集光するとともに情報記録媒体５からの反射ビームを平行ビームにする対物レンズである。５は光ディスクなどの情報記録媒体であり、７は情報記録媒体５の情報記録面６上に形成された集光スポットである。８はトラックと呼ばれるもので、図に示したようにｘ方向に平行である。ここで、ｙ方向とは情報記録媒体５と平行な面内にあり、かつ、トラック８に垂直な方向である。また、ｚ方向は情報記録面６に垂直な方向である。９は反射ビームを後述の２分割光検知器１０上に適当な大きさに絞り込む集束レンズである。１０は２分割光検知器であり、２つの受光面１１、１２から構成されている。１００は２分割光検知器１０上の光スポットである。受光面１１、１２からの出力の差が差動増幅器１３によって取り出され、トラッキング誤差信号ＴＥＳとなる。このトラッキング誤差信号ＴＥＳは位相補償回路／増幅器１４を介して対物レンズ駆動機構１５に供給される。
【０００３】
次に、図８に示した従来のトラッキング誤差検出装置の動作について説明する。２分割光検知器１０上の光スポット１００は図８に示したように円形をしており、受光面１１と１２の境界がこれを上下半円に分けるように２分割光検知器１０は配置されている。前記集光スポット７がトラック８のちょうど真ん中を走査しているときには受光面１１が受ける光量と受光面１２が受ける光量が等しくなるが、前記集光スポット７がトラック８の真ん中よりずれると受光面１１が受ける光量と受光面１２が受ける光量が異なってくる。さらに、前記集光スポット７がトラック８の真ん中より右にずれるか左にずれるかにより、受光面１１が受ける光量と受光面１２が受ける光量の差は正もしくは負になる。従って、受光面１１と１２の出力の差をトラッキング誤差信号とすることができる。
【０００４】
図８に示したように、対物レンズ４が点線で示された位置に並進した場合、２分割光検知器１０上の光スポット１００も点線で示された位置に並進する。このため、集光スポット７がトラック８の真ん中にあっても、受光面１１と１２の受光する光量が等しくならない。
【０００５】
また、情報記録媒体５がｙ方向に傾いた場合にも、同様に２分割光検知器１０上の光スポット１００がずれるために、集光スポット７がトラック８の真ん中にあっても、受光面１１と１２の受光する光量が等しくならないという現象が発生する。
【０００６】
この問題点を解決する方法として、特公平４−３４２１２号公報には、２つの集光スポットをトラック間隔の略半分ずらせて情報記録媒体上に配置させ、これら２つの集光スポットのそれぞれの反射ビームを２個の２分割光検知器で受光し、２個の２分割光検知器の差出力の差をトラッキング誤差信号とする方法が述べられている。以下では、図９、１０を用いてこの方法の構成、動作、および、問題点について述べる。
【０００７】
図９は特公平４−３４２１２号公報に記載された従来の他のトラッキング誤差検出装置の構成を示す斜視図である。図において、１６及び１７は半導体レーザなどの発光源であって、相異なる波長の光ビームを出射する（発光源１６の発振波長をλ１  、発光源１７の発振波長をλ２  とする）。１８、１９は、発光源１６及び１７からの光ビームを平行ビームに変換するコリメータレンズである。２０は、コリメータレンズ１８からの波長λ１  の平行ビームを９０度偏向させて、対物レンズ４に向かわせるビームスプリッタであり、２１は、コリメータレンズ１９からの波長λ２  の平行ビームを９０度偏向させて、対物レンズ４に向かわせるビームスプリッタである。２２および２３は情報記録媒体５の情報記録面６上に形成された集光スポットであり、波長λ１  の光ビームからの集光スポットが２２で、波長λ２  の光ビームからの集光スポットが２３である。
【０００８】
情報記録媒体５で反射された２つの光ビームは対物レンズ４により再び平行ビームに変換され、ビームスプリッタ２０、２１を通過し、ダイクロイックビームスプリッタ２４に入射する。このダイクロイックビームスプリッタ２４は、波長λ１  の光ビームは透過させ、波長λ２  の光ビームは反射させる。２５および２８は２分割光検知器であり、それぞれ２つの受光面２６、２７、および、２９、３０から構成されている。従って、波長λ１  の光ビームの集光スポット２２からの反射ビームは、ダイクロイックビームスプリッタ２４を通過し、２分割光検知器２５に入射する。また、波長λ２  の光ビームの集光スポット２３からの反射ビームは、ダイクロイックビームスプリッタ２４で反射され、２分割光検知器２８に入射する。
【０００９】
図１０は情報記録面６上での集光スポット２２、２３の位置関係と、それらに対応する２分割光検知器２５、２８上での光スポットおよびトラッキング誤差信号を発生させる回路を示す図である。図では、情報記録媒体５の情報記録面６上にはランド部とグルーブ部があり、トラック８がランド部に形成されている。トラックの間隔をｐとすれば、２つの集光スポット２２と２３のｙ方向（トラックに直交する方向）の間隔はｐ／２となるように設定されている。また、３１と３２は、集光スポット２２、２３それぞれに対応する２分割光検知器上の光スポットである。ひとつの２分割光検知器２５の２つの受光面２６、２７からの出力が差動増幅器３３に入力され、差出力ＴＥ１がえられ、ＴＥ１は次の差動増幅器３６に供給される。同様に、もう一つの２分割光検知器２８の２つの受光面２９、３０からの出力は差動増幅器３５に入力され、差出力ＴＥ２が得られる。ＴＥ２は利得がＧである可変利得増幅器３５を通して差動増幅器３６に入力されるので、差動増幅器３６の出力にはＴＥ１とＧ倍したＴＥ２の差が得られ、トラッキング誤差信号ＴＥＳとなる。このトラッキング誤差信号ＴＥＳは位相補償回路／増幅器１４を介して対物レンズ駆動機構１５に供給される。
【００１０】
次に、トラッキング誤差信号ＴＥＳには対物レンズ並進によるオフセットが現れないことを簡単に説明する。対物レンズが並進することにより２分割光検知器上のスポットが同じ方向に移動することが、オフセットの原因であることは前述した。図１０では、２つのスポット３１、３２がｙ方向に移動することになる。すると、受光面２６、２９で受光される光量が受光面２７、３０で受光される光量に比べて増加するので、図１１中に一点鎖線で表したようにＴＥ１及びＴＥ２には正のオフセットが生じることになる。集光スポットがトラック８を横切ることによって発生するトラック横断成分は時間軸上正弦波状に変化するが、集光スポット２２と２３とのｙ方向の間隔がちょうどトラック間隔の半分に設定されているので、図１１に示すように差出力ＴＥ１とＴＥ２の位相はちょうど逆相になる。従って、可変利得増幅器３５の利得Ｇを、差出力ＴＥ１のオフセットと差出力ＴＥ２のオフセット比に等しくなるように設定すれば、図１１に示すようにトラッキング誤差信号ＴＥＳからオフセットが除去できるのである。また、情報記録媒体の傾きに起因するオフセットも同様に除去できる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の他のトラッキング誤差検出装置は以上のように構成されるので、トラッキング誤差信号の振幅が２つの集光スポットの間隔と情報記録媒体のトラック間隔の比に依存するという問題点があった。特に、これは、トラック間隔の異なる複数の種類の光ディスクを一つの光ヘッドで再生する場合に問題となる。例えば、トラック間隔がｐの光ディスクに対して、集光スポットの間隔がトラック間隔の半分、即ち、ｐ／２となるように（即ち、トラッキング誤差信号の振幅が最大となるように）調整した場合を考えると、トラック間隔がｐ／２近傍のディスクに対しては、トラッキング誤差信号の振幅がほぼ零になってしまう。これは、この方式でのトラッキング誤差信号の振幅が、２つの集光スポットの間隔がトラック間隔の半分の奇数倍である場合に最大、トラック間隔の整数倍では零になるように変化するからである。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は、対物レンズの並進や情報記録媒体の傾きによって発生するオフセットを抑圧できるとともに、情報記録媒体のトラック間隔が変化してもトラッキング誤差信号の振幅を最大に保てる光ヘッドのトラッキング誤差検出装置を提供するものである。
【００１３】
さらに、第２の目的は、対物レンズの並進や情報記録媒体の傾きによって発生するオフセットを抑圧できるとともに、情報記録媒体のトラック間隔が変化してもトラッキング誤差信号の振幅を最大に保て、かつ、光学系が簡素な光ヘッドのトラッキング誤差検出装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、３本の光ビームを対物レンズを介して情報記録媒体に集光照射し、情報記録媒体上に３個の集光スポットを形成する光ヘッドにおいて、そのうち２本の光ビームの各々の半面ともう一方の半面との間に１８０度の位相差を与える位相付加手段として、半面の周期構造の位相が情報記録媒体上トラックに対して直交する方向のもう一方の半面に形成された周期構造の位相と１８０度異なる回折格子を設け、隣接しあう前記集光スポットの前記情報記録媒体上トラックに直交する方向の間隔が零となるように前記集光スポットを前記情報記録媒体上に配置し、前記情報記録媒体からの光ビームをそれぞれ３個の２分割光検知器で受光し、３個の２分割光検知器の差出力からトラッキング誤差信号を得るようにしたものである。
さらに、上記２本の光ビームの半面に１８０度の位相差を与える位相付加手段として、発光源から出射する１本の光ビームを３本の光ビームにするものを用いても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態である光ヘッドのトラッキング誤差検出装置においては、一対の２分割光検知器の差出力に現れるオフセット成分は同相、トラック横断成分は逆相であるため、一対の２分割光検知器の差出力の差として得られるトラッキング誤差信号からオフセット成分を除去できる。
【００１７】
また、３個の２分割光検知器の差出力において、オフセット成分はすべて同相で現れるが、３個のうち２個の２分割光検知器の差出力のトラック横断成分は残り一個の２分割光検知器の差出力と逆相であるため、３個の２分割光検知器の差出力を加減算して得られるトラッキング誤差信号からオフセット成分を除去できる。
【００１８】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である光ヘッドのトラッキング誤差検出装置の構成を示す斜視図である。図において、符号４〜６、８、１４〜２２、２４〜３０、３３〜３６は、図８、９に示す従来例中のものと同じである。３７は発光源１７からの光ビームの略半面に略１８０度の位相差を与える位相付加手段、３８は発光源１７からの光ビームによって情報記録媒体５の情報記録面６上に形成された集光スポットである。
【００１９】
図２は図１における位相付加手段の一例を示す概略図である。ここで、位相付加手段そのものは屈折率ｎの透明材料で構成されており、そのほぼ中心で階段状に厚さがｄ変化する構造になっている。入射光は厚さが変化する直線部で上下に分けられ、上半円部と下半円部では厚さの変化分ｄに比例した位相差が付加されることになる。位相差を１８０度にするには、（ｎ−１）ｄが発光源１７の波長λ２の半分になるように、ｄを設定すればよい。例えば、ｎ＝１．５、λ２＝０．７８μｍ  では、ｄは  ０．７８μｍとなる。
【００２０】
図３はこの発明の実施の形態１において、情報記録面６上での集光スポット２２、３８の位置関係と、それらに対応する２分割光検知器２５、２８上での光スポットおよびトラッキング誤差信号を発生させる回路を示す図である。図において、符号８および２２、符号２５〜３６は図８、９に示す従来例のものと同じである。トラッキング誤差信号を発生させる回路系も図１０の従来例と全く同じである。違いは，発光源１７からの光ビームにおいてその略半面に略１８０度の位相差を与えられたため、これの集光スポット３８が通常の略円形ではなく、２つの楕円状サブスポットから構成されるスポットである点と、集光スポット３８と集光スポット２２のｙ方向（トラックに直交する方向）の間隔は零である点である。図３ではこの２つの集光スポットの間隔は零であるが、トラック間隔の整数倍であってもよい。
【００２１】
次に、この実施の形態１の動作についての説明に必要なプッシュプル法でのトラッキング誤差信号発生原理をホプキンスの理論に基づいて説明する。まず、対物レンズ射出瞳上での照射光複素振幅分布をａ（ｘ，ｙ）とすると、一般的にａ（ｘ，ｙ）は、
ａ（ｘ，ｙ）＝τ（ｘ，ｙ）・ｅｘｐ｛２πｉ・Ｗ（ｘ，ｙ）｝    （１）
と表すことができる。ここで、τ（ｘ，ｙ）は照射光振幅分布の絶対値、Ｗ（ｘ，ｙ）は波面収差である。以下では、説明を簡単にするために、τ（ｘ，ｙ）＝１、Ｗ（ｘ，ｙ）＝０、即ち、瞳上の振幅分布が一定で、かつ、無収差の場合を考える。次に、ディスクから反射されてくる反射光の光検知器上での複素振幅分布Ａｄ（ｘ’，ｙ’）は、
0003549301.tif 000002
で与えられる。ここで、光ディスクはｘ方向には一様であるが、ｙ方向（トラックに直交する方向）には周期性があると仮定している。また、ｖ０  は正規化したトラックずれ量、ｑは正規化したトラック間隔である。
【００２２】
いま、０次の反射光と光ディスクの周期性により１次（ｎ＝１）の回折を受けた反射光が重なり合う領域Ａ（図４参照）での反射光複素振幅分布をＡｄ１  とすれば、
Ａｄ１  ＝Ｒ０  ＋Ｒ１  ・ｅｘｐ｛−２πｉ・ｖ０  ／ｑ｝              （３）
が成立する。
また、０次の反射光と光ディスクの周期性によりマイナス１次（ｎ＝−１）の回折を受けた反射光が重なり合う領域Ｂ（図４参照）での反射光複素振幅分布をＡｄ−１とすれば、
Ａｄ−１＝Ｒ０  ＋Ｒ−１  ・ｅｘｐ｛２πｉ・ｖ０  ／ｑ｝                （４）
が成立する。
そして、Ｒ１  、Ｒ−１を以下のように書き直し、
Ｒ１  ＝α１  ・ｅｘｐ（ｉψ１  ）Ｒ０                                （５）
Ｒ−１＝α−１・ｅｘｐ（ｉψ−１）Ｒ０                                （６）
これらを式（２）、（３）に代入し、整理すると、
Ａｄ１  ＝Ｒ０［１＋α１  ・ｅｘｐ｛ｉ（ψ１  −２π・ｖ０  ／ｑ）｝］  （７）
Ａｄ−１＝Ｒ０［１＋α−１・ｅｘｐ｛ｉ（ψ−１＋２π・ｖ０  ／ｑ）｝］  （８）
を得る。
【００２３】
領域Ａ、Ｂそれぞれでの光強度分布は式（７）、（８）を自乗すれば得られ、それぞれは、
0003549301.tif 000003
となる。
最後に、２分割光検知器の２つの受光面がそれぞれ領域Ａを含むｙ’＞０の半面と領域Ｂ含むｙ’＜０の半面に配置されているとし、２つの受光面からの出力をそれぞれＩｄ１  、Ｉｄ−１とすれば、
Ｉｄ１  ＝Ｋ１  ・｜Ａｄ１  ｜２  ＋Ｉ０  ／２                        （１１）
Ｉｄ−１＝Ｋ−１・｜Ａｄ−１｜２  ＋Ｉ０  ／２                        （１２）
が成立する。ここで、Ｋ１  、Ｋ−１はそれぞれ受光面の感度と領域ＡもしくはＢの面積の積であり、Ｉ０  は図４に示された原点近傍の０次光のみが入射している領域からの出力電流である。そして、トラッキング誤差信号ＴＥＳはＩｄ１  とＩｄ−１の差として与えられる。
いま、２つの受光面の感度、面積が等しく、かつ、光ディスクの周期構造が左右対称であるのなら、
Ｋ１  ＝Ｋ−１、α１  ＝α−１、  ψ１  ＝ψ−１
が成立するので、これらを式（１１）、（１２）に代入して、トラッキング誤差信号ＴＥを求めると、ＴＥは、
ＴＥ＝Ｋ１｜Ｒ０｜２・４α１  ｓｉｎψ１・ｓｉｎ（２π・ｖ０  ／ｑ）（１３）
となる。
【００２４】
さらに、この実施の形態１において特徴的な半面に１８０度の位相が与えられたビームによるプッシュプル法でのトラッキング誤差信号発生原理をホプキンスの理論に基づいて同様に説明する。まず、対物レンズ射出瞳上での照射光複素振幅分布をａｉｎｖ（ｘ，ｙ）とすると、ａｉｎｖ（ｘ，ｙ）は、
0003549301.tif 000004
と表すことができる。ここで、先ほどの説明と同様にτｉｎｖ（ｘ，ｙ）＝１とおくが、Ｗｉｎｖ  （ｘ，ｙ）については、１８０度の位相ずれがビームの半面間に存在するため、
Ｗｉｎｖ（ｘ，ｙ）＝０．２５  （ただし、ｙ＞０のとき）、
Ｗｉｎｖ（ｘ，ｙ）＝−０．２５（ただし、ｙ＜０のとき）          （１５）
とできる。
そして、ディスクから反射されてくる反射光の光検知器上での複素振幅分布Ａｄｉｎｖ（ｘ’，ｙ’）は
0003549301.tif 000005
で与えられる。
【００２５】
いま、０次の反射光と光ディスクの周期性により１次（ｎ＝１）の回折を受けた反射光が重なり合う領域Ａでの反射光複素振幅分布をＡｄ１ ｉｎｖ  とすれば、
0003549301.tif 000006
が成立する。
通常領域Ａはｙ’＞０であるので、上式中のａｉｎｖ  （−ｘ’，−ｙｙ’）は、
0003549301.tif 000007
となり、また、通常の光ディスクでは１／ｑが１前後であることから、（−ｙ’＋１／ｑ）はほぼ正となるので、領域Ａでのａｉｎｖ（−ｘ’，−ｙ’＋１／ｑ）は、
0003549301.tif 000008
とできる。
従って、式（１８）、（１９）を用いて、式（１７）は、
0003549301.tif 000009
となる。
【００２６】
一方、０次の反射光と光ディスクの周期性によりマイナス１次（ｎ＝−１）の回折を受けた反射光が重なり合う領域Ｂでの反射光複素振幅分布をＡｄ−１ ｉｎｖは以下のように与えられる。
0003549301.tif 000010
通常領域Ｂはｙ’＜０であるので、上式中のａｉｎｖ  （−ｘ’，−ｙ’）は、
0003549301.tif 000011
となり、また、通常の光ディスクでは１／ｑが１前後であることから、（−ｙ’−１／ｑ）はほぼ負となるので、領域Ａでのａｉｎｖ（−ｘ’，−ｙ’−１／ｑ）  は、
0003549301.tif 000012
とできる。従って、式（２２）、（２３）を用いて、式（２１）は、
0003549301.tif 000013
となる。
【００２７】
次に、式（５）、（６）を式（２３）、（２４）に代入し、整理すると、
0003549301.tif 000014
を得る。
領域Ａ、Ｂそれぞれでの光強度分布は式（２５）、（２６）を自乗すれば得られ、それぞれは、
0003549301.tif 000015
となる。
最後に、２つの受光面からの出力をそれぞれＩｄ１ ｉｎｖ  、Ｉｄ−１ ｉｎｖとすれば、
Ｉｄ１ ｉｎｖ  ＝Ｋ１  ・｜Ａｄ１ ｉｎｖ  ｜２＋  Ｉ０／２                  （２９）
Ｉｄ−１ ｉｎｖ＝Ｋ−１・｜Ａｄ−１ ｉｎｖ｜２＋  Ｉ０／２                （３０）
が成立する。
そして、トラッキング誤差信号ＴＥ  ｉｎｖ  はＩｄ１ ｉｎｖとＩｄ−１ ｉｎｖの差として同様に、
0003549301.tif 000016
となる。ＴＥｉｎｖ  はＴＥの符号を反転させたものと等しい、すなわち、トラックずれに対する位相がＴＥｉｎｖ  とＴＥでは１８０度異なっているだけであることが示された。
【００２８】
次に、実施の形態１で得られるトラッキング誤差信号ＴＥＳは、対物レンズ並進等によるオフセット成分がほとんど除去されたものであることを図３を参照して説明する。まず、対物レンズの並進量がｕである場合、通常のプッシュプル法から得られる差出力ＴＥ１  は、式（１３）を用いて以下のように表すことができる。
ＴＥ１＝Ａ１・ｓｉｎ（（２π・ｖ０  ／ｑ）＋  Ｂ１・ｕ            （３２）
ここで、Ｂ１  ・ｕはｕが小さい時にｕに比例するオフセット成分であり、光検知器２５上の光スポット３１がｙの正方向に移動することによって発生するものである。また、Ａ１  はトラック横断成分の振幅である。同じ状態で、半面に１８０度の位相が与えられたビームによるプッシュプル法での差出力であるＴＥ２  は式（３１）から、
ＴＥ２＝−Ａ２・ｓｉｎ（２π・ｖ０  ／ｑ）＋  Ｂ２・ｕ            （３３）
と表せる。ここで、Ｂ２  ・ｕはｕが小さい時にｕに比例するオフセット成分であり、光検知器２８上の光スポット３２がｙの正方向に移動することによって発生するものである（これは、対物レンズの並進によるスポット３１の移動する方向とスポット３２の移動する方向は同じであることを意味しており、係数Ｂ２  は係数Ｂ１  と同符号である）。
【００２９】
また、前述にように、ＴＥ２  のトラック横断成分の位相はＴＥ１  と比べて１８０度ずれており、―Ａ２  がトラック横断成分の振幅である（係数Ａ２  は係数Ａ１と同符号）。従って、可変利得増幅器の利得ＧをＢ１  とＢ２  の比に等しくして得られるトラッキング誤差信号ＴＥＳは、
0003549301.tif 000017
となる。よって、トラッキング誤差信号ＴＥＳからオフセット成分が除去できることが示された。
【００３０】
同様に、光ディスクの傾きに対しても光検知器上の光スポット３１と３２の移動する方向が同じであるのは明らかなので、トラッキング誤差信号ＴＥＳからオフセット成分が除去できる。
さらに、従来例では、トラッキング誤差信号の振幅が２つの集光スポットの間隔と情報記録媒体のトラック間隔の比に依存するという問題点もあった。しかし、図２のように、２つの集光スポットはトラックに対して平行となるように配置したので、間隔の異なる複数の種類の光ディスクを一つの光ヘッドで再生する場合において問題となった、あるトラック間隔においてトラッキング誤差信号の振幅がほぼ零となる現象は皆無となる。これは、トラック間隔がどう変わろうとも、２つの集光スポットはトラックに対して平行であるからである。
【００３１】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２であるトラッキング誤差検出装置の構成を示す斜視図である。図において、符号１、２、４、５、６、８、９、１４、１５は図８、９に示した従来例中のものと同じである。３９は発光源１からの光ビームを３本の光ビームに分割するとともに、そのうち２本の光ビームの略半面に略１８０度の位相差を与える位相付加手段としての回折格子、４０はコリメータレンズ２からの平行ビームを反射すると共に情報記録媒体５からの反射ビームを透過させるビームスプリッタ、４１、４２、４３は情報記録面６上での３つの集光スポットである。３つの集光スポット４１、４２、４３からの反射ビームはひとつのパッケージに納められた３つの２分割光検知器２５、２８、４５で受光される。ここで、４５が実施の形態１に対して新たに加えられた２分割光検知器であり、４６、４７が２分割光検知器４５の２つの受光面である。また、後に説明する図６には示されているが、３つの２分割光検知器２５、２８、４５上にはそれぞれ光スポット４８、４９、５０が形成される。５１は２分割光検知器４５の出力が供給される差動増幅器、５２、５３はそれぞれ利得Ｇ１、Ｇ２である可変利得増幅器である。
【００３２】
図６はこの発明の実施の形態２において、位相付加手段としての回折格子の構造を示す概略図である。これは、一般的には光学ガラスのような透明材料を用いフォトエッチング等の手段にて凹凸をつけたものである。通常の光学ヘッドでは、回折格子の周期は１０から１００μｍに設定される。見て明らかなように、上半分の周期構造の位相と下半分の周期構造の位相が１８０度異なっている。以下では、回折格子３９を用いることによって、回折された１次、及び、一１次の光ビームの上半面と下半面間に１８０度の位相差を発生できるかについて説明を行う。
【００３３】
回折格子に一様な光ビームが照射される場合を考えると、回折格子直後の光の振幅分布Ｕ１（ｘ１）は、
ｕ１（ｘ１）＝ｈ（ｘ１）（ただし、ｙ１  ＞０；上半面）、
0003549301.tif 000018
と与えられる。ここで、Λは回折格子の周期である。
次に、フラウンホーファの回折公式を用いて上半面の回折光と下半面の回折光の関係を求める。まず、ｙ１  ＞０の領域からの回折光の複素振幅分布ｕ２ａ（ｘ２）は、
0003549301.tif 000019
で与えられる。ここで、λは光ビームの波長、Ｌは伝搬距離である。
次に、ｙ１  ＜０の領域からの回折光の複素振幅分布ｕ２ｂ（ｘ２）は、
0003549301.tif 000020
となる。ここで、ｘ１−Ｘ０＝ｓ  とおけば、
0003549301.tif 000021
が成立する。
光ビームがＬ伝搬した時の±１次回折光の位置はｘ２座標で、
±Ｌ・（λ／Λ）であるので、上式のｘ２に±Ｌ・（λ／Λ）を代入すれば、
0003549301.tif 000022
が得られる。故に、１次回折光の上半面と下半面の間には＋１８０度の位相差を、−１次回折光の上半面と下半面の間には−１８０度の位相差を生じさせることができる。
【００３４】
図７はこの発明の実施の形態２において、情報記録面６上での３つの集光スポット４１、４２、４３の位置関係と、それらに対応する２分割光検知器２５、２８、４５上での光スポットおよびトラッキング誤差信号を発生させる回路を示す図である。図において、４１が０次回折光による集光スポット、４２が−１次回折光による集光スポット、４３が１次回折光による集光スポットである。トラッキング誤差信号ＴＥＳを発生させる回路系は図３に示した実施の形態１のものに、２分割光検知器４５からの出力の差をとる差動増幅器５１、差動増幅器５１の差出力ＴＥ３  を受ける利得Ｇ３  の可変利得増幅器５３を加え、さらに、図３中の利得Ｇの可変利得増幅器３５の代わりに利得Ｇ２  の可変利得増幅器５２を配置したものである。差出力ＴＥ１  、Ｇ２  倍された差出力ＴＥ２  、Ｇ３  倍された差出力ＴＥ３  は差動増幅器３６に入力され、差動増幅器３６の出力としてトラッキング誤差信号ＴＥＳが得られる。情報記録面６上での３つの集光スポット４１、４２、４３のうち、４１は通常の略円形の集光スポットであり、４２、４３は２つの楕円状サブスポットから構成されるスポットである。集光スポット４１、４２、４３のうち隣接する２個の集光スポットのｙ方向（トラックに直交する方向）の間隔は略零となるように、回折格子３９が回転調整されている。図７では隣接する集光スポットの間隔は零であるが、トラック間隔の略整数倍であってもよい。
【００３５】
次に、実施の形態２においてもトラッキング誤差信号ＴＥＳ中からオフセット成分を除くことができることを以下に説明する。オフセット成分を除去できる原理は実施の形態１と同じであるが、実施の形態２では、隣接する集光スポットのｙ方向の間隔がちょうど零でなくともオフセットの発生は原理上零とできる。まず、対物レンズの並進量がｕである場合、通常のプッシュプル法から得られる差出力ＴＥ１  は、式（１３）を用いて以下のように表すことができるのは実施の形態１と同じである。
ＴＥ１  ＝  Ａ１・ｓｉｎ（（２π・ｖ０  ／ｑ）＋  Ｂ１・ｕ          （４０）
ここで、Ｂ１  ・ｕはｕが小さい時にｕに比例するオフセット成分であり、光検知器２５上の光スポット４８がｙの正方向に移動することによって発生するものである。また、Ａ１  はトラック横断成分の振幅である。
同じ状態で、半面に１８０度の位相が与えられたビームによるプッシュプル法での差出力であるＴＥ２  は式（３１）から、
ＴＥ２  ＝  −Ａ２・ｓｉｎ（２π・（ｖ０  ＋ｅ）／ｑ）＋  Ｂ２・ｕ  （４１）
と表せる。ここで、ｅは集光スポット４１と集光スポット４２のｙ方向の正規化した間隔である。
【００３６】
また、Ｂ２  ・ｕはｕが小さい時にｕに比例するオフセット成分であり、光検知器２８上の光スポット４９がｙの正方向に移動することによって発生するものである。ＴＥ２  のトラック横断成分の位相はＴＥ２  と比べて１８０×（１＋ｅ／ｑ）度ずれており、−Ａ２  がトラック横断成分の振幅である（係数Ａ２  は係数Ａ１と同符号）。さらに、もう一つの半面に１８０度の位相が与えられたビームによるプッシュプル法での差出力であるＴＥ３も式（３１）から、
ＴＥ３  ＝  −Ａ３・ｓｉｎ（２π・（ｖ０  −ｅ）／ｑ）＋  Ｂ３・ｕ  （４２）
と表せる。ここで、Ｂ３  ・ｕはｕが小さい時にｕに比例するオフセット成分であり、光検知器４５上の光スポット５０がｙの正方向に移動することによって発生するものである。ＴＥ３  のトラック横断成分の位相はＴＥ１  と比べて１８０×  （１−ｅ／ｑ）度ずれており、−Ａ３  がトラック横断成分の振幅である（係数Ａ３  は係数Ａ１  と同符号）。次に、可変利得増幅器５２、５３それぞれの利得Ｇ２  、Ｇ３  を差出力ＴＥ２  のＧ２  倍のトラック横断成分の振幅と、ＴＥ３  のＧ３  倍のトラック横断成分の振幅が等しくなるように設定し、加算すれば、
0003549301.tif 000023
を得る。
【００３７】
最後に、可変利得増幅器５１の利得Ｇ１  を差出力ＴＥ１  のＧ１  倍のオフセット成分の振幅とＴＥ’のオフセット成分の振幅が等しくなるように設定し、減算すれば、
0003549301.tif 000024
となる。よって、ｅの値にかかわらず、トラッキング誤差信号ＴＥＳからオフセット成分が除去できることが示された。ただし、トラッキング誤差信号ＴＥＳの振幅はｅの大きさに依存して変化するが、ｅ／ｑの値が整数の場合、即ち、隣接する集光スポットのｙ方向の間隔がちょうどトラック間隔の整数倍の場合に最大となる。同様に、光ディスクの傾きに対しても光検知器上の３つの光スポットの移動する方向が同じであるのは明らかなので、光ディスクの傾きがあってもトラッキング誤差信号ＴＥＳからオフセット成分が除去できる。
【００３８】
最後に、実施の形態２において、回折格子の上半面の周期構造と下半面の周期構造の間に本来ならば１８０度の位相差があるべきなのに、この位相差が１８０度から１８０・δ／π度（δラヂアン）ずれた場合について考察する。まず、±１次回折光の上半面と下半面の位相差を求める。これは、式（３５）において、
Ｘ０＝Λ／２＋Λδ／（２π）＝（Λ／２）・（１＋δ／π）      （４５）
と置いた場合に相当するので、を式（４５）を式（３６）に代入する。
0003549301.tif 000025
を得、次に、上式にｘ２＝±Ｌ・（λ／Λ）を代入すれば、
0003549301.tif 000026
を得る。式（４７）は１次回折光に対しては（π＋δ）ラヂアンの位相差が、―１次回折光に対しては―（π＋δ）ラヂアンの位相差が生じることを意味している。
【００３９】
続いて、ＴＥ２  を求める。ＴＥ２  は回折格子３９によって生じた１次回折光によって得られる信号である。１次回折光に対しては（π＋δ）ラヂアンの位相差が付加されたということは、式（１５）の０．２５にδ／（４π）を加えることに対応する。すなわち、
0003549301.tif 000027
である。したがって、式（４８）から始めて、式（１６）から（３１）までの計算を行うと、ＴＥ２中のトラック横断成分ＴＥ２ｔが以下のよう求められる。
0003549301.tif 000028
【００４０】
さらに、ＴＥ３  を求める。ＴＥ３  は回折格子３９によって生じた−１次回折光によって得られる信号であるので、−（π＋δ）ラヂアンの位相差を上反面と下反面の間に加えた場合を考える。これは式（１５）の代わりに式（５０）を用いることに対応する。
0003549301.tif 000029
したがって、式（５０）から始めて、式（１６）から（３１）までの計算を行うと、ＴＥ３  中のトラック横断成分ＴＥ３ｔが以下のよう求められる。
0003549301.tif 000030
【００４１】
したがって、可変利得増幅器５２、５３それぞれの利得Ｇ２  、Ｇ３  を同じに差出力ＴＥ２  のＧ２  倍のトラック横断成分の振幅と、ＴＥ３  のＧ３  倍のトラック横断成分の振幅が等しくなるように設定し加算すれば、−ｃｏｓδ・ｓｉｎ（２π・ｖ０  ／ｑ）に比例するトラック横断成分を持つ信号ＴＥ’が得られる。この信号ＴＥ’にはδの値にかかわらずオフセットは発生しないが、δの余弦に比例して振幅は低下する。ＴＥ１  はもともとδとは無関係であるので、ＴＥ’とＧ１  倍したＴＥ１  の差から得られるトラッキング誤差信号ＴＥＳにもオフセットが生じない。
【００４２】
最後に、実施の形態２の利点をまとめると、実施の形態１で述べた利点に加えて、情報記録媒体上の集光スポットの配置精度と位相付加手段が与える位相差の精度が緩和されるという利点がある。
【００４３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００４５】
３本の光ビームを対物レンズを介して情報記録媒体に集光照射する光ヘッドにおいて、そのうち２本の光ビームの半面に１８０度の位相差を与える位相付加手段として、半面の周期構造の位相が情報記録媒体上トラックに対して直交する方向のもう一方の半面に形成された周期構造の位相と１８０度異なる回折格子を設け、隣接しあう前記集光スポットの前記情報記録媒体上トラックに直交する方向の間隔が零となるように前記集光スポットを前記情報記録媒体上に配置し、前記情報記録媒体からの光ビームをそれぞれ３個の２分割光検知器で受光し、３個の２分割光検知器の差出力からトラッキング誤差信号を得るようにしたので、オフセットの発生が極めて小さく、かつ、トラック間隔に対する検出感度の依存性も極めて小さく、さらに、集光スポットの配置や位相付加手段の位相差に要求される精度が緩和されたトラッキング誤差検出装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である光ヘッドのトラッキング誤差検出装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１における位相付加手段の一例を示す概略図である。
【図３】この発明の実施の形態１において、情報記録面上の集光スポットの位置関係と、２分割光検知器、トラッキング誤差信号を発生させる回路を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１において、光ディスクからの反射光を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２である光ヘッドのトラッキング誤差検出装置の構成を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態２において、位相付加手段としての回折格子の構造を示す概略図である。
【図７】この発明の実施の形態２において、情報記録面上の集光スポットの位置関係と、２分割光検知器、トラッキング誤差信号を発生させる回路を示す図である。
【図８】従来のトラッキング誤差検出装置の構成を示す概略図である。
【図９】従来の他のトラッキング誤差検出装置の構成を示す斜視図である。
【図１０】従来の他のトラッキング誤差検出装置において、情報記録面上の集光スポットの位置関係と、２分割光検知器、トラッキング誤差信号を発生させる回路を示す図である。
【図１１】従来の他のトラッキング誤差検出装置において、２分割光検知器の差出力とトラッキング誤差信号を示す図である。
【符号の説明】
４  対物レンズ、５  情報記録媒体、８  トラック、１６，１７  発光源、２５，２８  ２分割光検知器、３３，３４，３６  差動増幅器、３７  位相付加手段。
【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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