(57)【要約】光学データ記憶媒体を走査するための光学走査装置である。該記憶媒体上での走査スポットの合焦状態を維持するためのフォーカスエラー信号を発生するため、及び上記記憶媒体上の半径方向における走査スポットのトラッキング状態を維持するためのラジアルエラー信号を発生するために、上記記憶媒体の位置と検出システム（２５，２７，２９）との間における放射ビームの光学経路に光学装置（ＯＡ）が配設される。該光学装置は、上記放射ビームを少なくとも第１副ビーム（Ａ）と第２副ビーム（Ｂ）とに分割すると共に、上記第１副ビームに帰属焦点線を持つ第１の非点収差及び上記第２副ビームに帰属焦点線を持つ第２の別の非点収差を発生する。第１副ビームの焦点線の方向はトラック等価方向に対して正の角度で傾斜し、第２副ビームの焦点線の方向は上記トラック等価方向に対して負の角度で傾斜する。上記検出システム（２５，２７，２９）は、上記第１副ビーム及び第２副ビームの両方を使用して前記ラジアルエラー信号を発生するように構成されている。
2005534133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に平行なトラック区域として配列されたデータ記憶領域を有する光学データ記憶媒体を走査する光学走査装置であって、該装置が、
前記記憶媒体を走査して走査スポットを生成するための放射ビームを生成するように配設された放射源と、
前記放射ビームの前記記憶媒体との相互作用後の放射を検出するように配設された検出器エレメントを有する検出システムであって、前記記憶媒体上における前記走査スポットの合焦状態を維持するためのフォーカスエラー信号を発生すると共に前記走査スポットの前記記憶媒体上の前記トラック区域に対する横方向のトラッキング状態を維持するための横方向エラー信号を発生するように構成された検出システムと、
前記記憶媒体の位置と前記検出システムとの間における前記放射ビームの経路に配置されて、前記放射ビームを少なくとも第１副ビーム及び第２副ビームに分割すると共に、前記第１副ビームに帰属焦点線を有するような第１非点収差及び前記第２副ビームに帰属焦点線を有するような第２非点収差を発生させる光学装置と、
を有し、前記検出システムが、前記第１副ビーム及び前記第２副ビームの各々からの放射を検出して、第１副ビーム検出信号及び第２副ビーム検出信号を各々発生するように構成されているような光学走査装置において、
前記光学装置は、前記第１副ビームの前記焦点線の方向がトラック等価方向に対して正の角度で傾斜すると共に、前記第２副ビームの前記焦点線の方向が前記トラック等価方向に対して負の角度で傾斜するように配設され、
前記検出システムは、前記横方向エラー信号を前記第１副ビーム検出信号及び前記第２副ビーム検出信号の両方を使用して発生するように構成されている、
ことを特徴とする光学走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学走査装置において、前記正及び負の角度が実質的に同一の大きさを有していることを特徴とする光学走査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学走査装置において、前記正の角度が略＋４５°であり、前記負の角度が略−４５°であることを特徴とする光学走査装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の光学走査装置において、前記横方向エラー信号がプッシュプルエラー信号であることを特徴とする光学走査装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の光学走査装置において、前記フォーカスエラー信号が非点収差フォーカスエラー信号であることを特徴とする光学走査装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載の光学走査装置において、前記検出システムは第１副ビーム検出器及び第２副ビーム検出器を有し、これら副ビーム検出器の各々は信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４及びＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を各々供給する四分検出器エレメントを含むことを特徴とする光学走査装置。
【請求項７】
請求項４及び請求項６に記載の光学走査装置において、横方向エラー信号（ＲＥＳ）が、
ＲＥＳ＝(Ａ１＋Ａ２−Ａ３−Ａ４)−(Ｂ１＋Ｂ２−Ｂ３−Ｂ４)
により発生されることを特徴とする光学走査装置。
【請求項８】
請求項５並びに請求項６及び／又は請求項７に記載の光学走査装置において、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）が、
ＦＥＳ＝(Ａ１＋Ａ３−Ａ２−Ａ４)−(Ｂ１＋Ｂ３−Ｂ２−Ｂ４)
により発生されることを特徴とする光学走査装置。
【請求項９】
請求項６ないし８の何れか一項に記載の光学走査装置において、４つの別個の信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを発生するために前記検出システムにおいて出力信号が、
Ａ＝Ａ１＋Ｂ４
Ｂ＝Ａ２＋Ｂ３
Ｃ＝Ａ３＋Ｂ２
Ｄ＝Ａ４＋Ｂ１
のように組み合わされることを特徴とする光学走査装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の光学走査装置において、前記光学装置が複屈折光学素子を有していることを特徴とする光学走査装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れか一項に記載の光学走査装置において、前記光学装置が回折光学素子を有していることを特徴とする光学走査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学走査装置において、前記回折光学素子が
Ｗ(ｒ→)＝Ａ１１ｘ＋Ａ２２(ｘ２−ｙ２)
なるゾーン関数を有していることを特徴とする光学走査装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２の何れか一項に記載の光学走査装置において、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ及びブルーレイディスクフォーマットの群から選択された少なくとも１つのフォーマットの記憶媒体を走査するように構成された光学走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクのような光学データ記憶媒体を走査する光学走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクからデータを読み出すためには、対物レンズはディスク上の正しい高さに且つ読み出されるべきトラックの直上に位置されなければならない。これは２つのサーボループの使用により達成され、これらループはフォーカス及びラジアルエラー信号の発生に依存して動作する。既知の一つの合焦方法は、非点収差フォーカスエラー検出法である。非点収差焦点制御にとっての１つの問題は４５°での非点収差（Ａ22）に対する感度であり、これはラジアル／垂直クロストーク（ＲＶＣ）と呼ばれるエラー信号間クロストークを生じる。ラジアルエラー信号は、位相差検出（ＤＰＤ）法（ＲＯＭディスク用）又はプッシュプル（ＰＰ）法の何れかを使用して発生することができる。ＤＰＤ法は書き込まれていないディスクに対しては充分な信号を発生しないので、特に（再）書込可能ディスクに対してはＰＰ法が使用される。該プッシュプル法にとっての問題は、検出器上のスポットの偏心に対して敏感である点である。これは、追加の回折格子を用いて発生される２つの随伴スポットを用いることにより解決することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
米国特許第5,233,444号は、ホログラムが光ビームを回折して異なる非点収差を持つ正及び負の一次回折ビームを発生し、製造の間における放射検出器の調整を簡略化したフォーカスエラー検出装置を記載している。しかしながら、ラジアル（半径方向）トラッキング制御が実行される方法は記載されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、略平行なトラック区域として配列されたデータ記憶領域を持つ光学データ記憶媒体を走査する光学走査装置であって、
【０００５】
上記記憶媒体を走査して走査スポットを生成するための放射ビームを発生するように構成された放射源と、
【０００６】
上記放射ビームの上記記憶媒体との相互作用の後の放射を検出するように構成された検出器エレメントを持つ検出システムであって、上記記憶媒体上の上記走査スポットの合焦状態を維持するためのフォーカスエラー信号を発生すると共に、上記記憶媒体上のトラック区域に対して横切る方向の上記走査スポットのトラッキング状態を維持するための横方向エラー信号を発生するように構成された検出システムと、
【０００７】
上記放射ビームにおける上記記憶媒体の位置と上記検出システムとの間の光経路に配置されて、上記放射ビームを少なくとも第１副ビーム及び第２副ビームに分割すると共に、上記第１副ビームに帰属焦点線を持つ第１非点収差及び上記第２副ビームに帰属焦点線を持つ第２非点収差を発生する光学装置と、
を有し、
【０００８】
上記検出システムが上記第１副ビーム及び第２副ビームの各々から放射を検出して、第１副ビーム検出信号及び第２副ビーム検出信号を各々発生するように構成されているような光学走査装置において、
【０００９】
前記光学装置は、上記第１副ビームの焦点線の方向がトラック等価方向に対して正の角度で傾斜され、上記第２副ビームの焦点線の方向が上記トラック等価方向に対して負の角度で傾斜されるように構成され、
【００１０】
上記検出システムは、前記横方向エラー信号を上記第１副ビーム検出信号及び第２副ビーム検出信号の両方を使用して発生するように構成される、
ことを特徴とするような光学走査装置が提供される。
【００１１】
好ましくは、上記スポットが記憶媒体上において良好な合焦状態である場合、上記検出システム上のスポットは円形断面を有する。しかしながら、記憶媒体上のスポットが合焦状態から外れている場合、上述したような収差の発生が、上記検出システム上に異なるように整列された楕円状スポットを生成させる。
【００１２】
上記光学装置のトラック等価方向に対する所与の配置により、且つ、上記横方向エラー信号を上記第１副ビーム検出信号及び上記第２副ビーム検出信号の両方を用いて発生することにより、横方向トラッキング制御を、３スポット回折格子の必要性を無くしながら当該検出システム上でのスポットの心ズレに対する感度を低減させて達成することができ、これにより、光学走査装置における光経路部品の構成を簡略化することができる。
【００１３】
本発明の更なる利点は、Ａ２２非点収差に対する感度を低下させると共に半径方向／垂直方向クロストーク（ＲＶＣ）を低減しながら、フォーカス制御を提供することを含む。
【００１４】
上記２つの副ビームの各々における非点収差は、ビームの軸に沿って離隔されると共に相互に直角に向けられた２つの帰属焦点線を有することに注意すべきである。各副ビームにおける上記光学装置から一番遠く離れた焦点線の位置は、一般的に、上記検出システムの背後にある。該検出システムは副ビームを遮断するので、該最遠の焦点線は実際には形成されない。前記段落において参照した焦点線の各々は、副ビームにおける上記光学装置に最も近い焦点線であり、一般的に、該光学装置と当該検出システムとの間の位置を有する。
【００１５】
上記光学装置は、ビームを分割すると共に異なる収差を発生させることが可能な単一の光学部品、又は２以上の光学部品を含むことができる。例えば、１つの光学部品を、ビームを２つの副ビームに分割するために使用することができる一方、１以上の他の部品を斯かる２つの副ビームにおいて非点収差を発生させるために使用することができる。
【００１６】
好ましい実施例においては、前記データ記憶媒体はディスクの形態であり、該ディスクにおいては、略平行なトラック区域が略同心的であり、前記横方向は該ディスク上の半径方向に対応する。
【００１７】
本発明の特徴及び利点は、添付図面を参照して例示のみとしてなされる本発明の好ましい実施例の下記説明から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、典型的な光学走査装置の構成要素を示し、光記録担体２を走査する光学ヘッドを含んでいる。以下に説明される本発明の各実施例は、各光ビーム経路に同様に構成された構成部品を含んでいることに注意すべきである。従って、当該説明は本発明の実施例の各光ビーム経路における構成要素に適用されるべきものである。
【００１９】
記録担体２は透明層３を有する光ディスクの形態のもので、該透明層の一方の側に情報層４が配設されている。該情報層４の透明層３からは遠い側は、保護層５により周囲の影響から保護されている。透明層３の当該装置に面する側は、入射面６と呼ばれる。透明層３は、上記情報層に対する機械的支持を提供することにより当該記録担体の基板として作用する。他の例として、該透明層は上記情報層を保護する機能のみを有する一方、機械的支持は、例えば保護層５により又は情報層４に接続された他の情報層及び透明層による等により、当該情報層の他方の面上の層により提供されるようにすることもできる。情報は、当該記録担体の情報層４に、例えば図１には示されない同心的又は螺旋状のような略同心的トラック区域に配列された光学的に検出可能なマークの形態で記憶することができる。斯かるマークは、例えばピット又は周囲とは異なる反射係数を持つ領域の形態等の如何なる光学的に読み取り可能な形態とすることもできる。
【００２０】
当該走査装置は、放射ビーム７を放出する半導体レーザ９の形態の線形偏光放射源を有している。該放射ビームは光記録担体２の情報層４を走査するために使用される。偏光ビームスプリッタ１３は光経路上の発散放射ビーム１２をコリメータレンズ１４に向かって反射し、該コリメータレンズは上記発散ビーム１２をコリメートされたビーム１６に変換する。該ビーム１６は対物系１８に入射する。該対物系は１以上のレンズ及び／又は格子を有することができる。図１の対物系１８は、本例では、２つのエレメント、即ちレンズ１４と記録担体２の位置との間に配置された第１レンズ１８ａ及び第２レンズ１８ｂからなっている。対物系１８は光軸１９を有している。対物系１８は、ビーム１６を記録担体２の入射面６上に入射する収束ビーム２０に変化させる。該対物系は、照射ビームの透明層３の厚さを介しての通過に適合された球面収差補正特性を有している。収束ビーム２０は情報層４上にスポット２１を形成する。
【００２１】
情報層４により反射された放射は、発散ビーム２２を形成し、対物系１８により略コリメートされたビーム２３に変換され、次いでコリメータレンズ１４により収束ビーム２４に変換される。ビームスプリッタ１３は、該収束ビーム２４の少なくとも一部を検出器アレイ２５に向かって透過させることにより、順方向ビーム及び反射ビームを分離する。光学装置ＯＡは上記ビーム２４を２つの副ビームＡ及びＢに分割する。当該検出システムは上記２つの副ビームからの放射を捕捉すると共に、該放射を配線フレックス２６上で伝送される電気出力信号に変換し、これら電気出力信号は当該走査装置内に光学ヘッド１とは別に配置された信号処理回路２７、２９及び３１により処理される。信号処理器２７は、これら出力信号を種々の他の信号に変換する。
【００２２】
上記信号のうちの１つは情報信号２８であり、該情報信号の値は情報層４から読み取られた情報を表す。該情報信号はエラー訂正用情報処理ユニット２９により処理される。信号処理器２７からの他の信号は、フォーカスエラー信号（図示略）及びラジアルエラー信号３０である。フォーカスエラー信号は、スポット２１と情報層４との間の軸方向の高さの差を表す。ラジアルエラー信号は、情報層４の面内における、スポット２１と該スポットにより追従されるべき情報層のトラックの中心との間の距離を表す。
【００２３】
上記フォーカスエラー信号及びラジアルエラー信号はサーボ回路（図示略）に供給され、該サーボ回路は、これら信号を当該光学ヘッド内の機械的フォーカスアクチュエータ（図示略）を制御するためのフォーカスエラー信号及びラジアルエラー信号に変換する。上記機械的フォーカスアクチュエータは、対物系１８の位置を合焦方向３３に制御してスポット２１の軸方向位置を情報層４の面と略一致するように制御すると共に、半径方向３４に制御してスポット２１の半径方向位置を現在走査されているトラックと略一致するように制御する。半径方向に移動可能なアーム等の他の機械的アクチュエータは、当該光学ヘッド１の位置をディスク２の半径方向３４に変化させ、これにより、スポット２１の半径方向位置を、情報層４における追従されるべきトラック上に位置するように粗に制御する。記録担体２におけるトラックは、図１の面に対し垂直な方向に走っている。
【００２４】
光学装置ＯＡは、反射されたビーム内に配置され、該ビームを、異なる波面傾斜を持ち且つ異なる符号の非点収差を持つような２つの副ビームに分割する。波面傾斜の差は、これら副ビームが横方向に分離され、これにより２つのスポットが前記検出器アレイ上に配置されることを保証する。副ビームＡ及びＢは、好ましくはトラック等価方向に対して±４５°で異なる非点収差を有する。この様に、副ビームＡ及びＢは、固有の焦点は有さないが、各副ビームも図２に示すように２つの相互に直交する焦点線を有する。
【００２５】
図２は、光学装置ＯＡの動作を図１におけるよりは大幅に詳細に示し、該図は図１に示された図に対して光軸１９の周りに４５°回転されている。図２を参照すると、コリメートされたビーム２４は、光学装置ＯＡを通過する際に、２つの副ビームＡ及びＢに分割され、各副ビームは異なる符号の付加された非点収差を有する。第１副ビームＡは第１焦点線FL1(A)を有し、該焦点線は図２に示す図の面に対して垂直に向けられている。該第１焦点線FL1(A)は検出器面ＤＰより上に位置されている。図２には図示の目的で、放射が該検出器面ＤＰを通過するように、検出器は存在していない。上記検出器面の下では、上記第１副ビームＡは図２に示す図の面に平行に向けられた第２焦点線FL2(A)を有している。第２副ビームＢは焦点線FL1(B)及びFL2(B)を有し、これら焦点線は、各々、上記焦点線FL1(A)及びFL2(A)に対して垂直に向けられている。上記焦点線の間では、上記副ビームの形状は、検出器面ＤＰの上における概ね楕円、円形及び検出器面の下における再度の概ね楕円の間で変化する。検出器面の直ぐ上における、該検出器面に平行な面Ｘに沿い、且つ、該検出器面と第１焦点線FL1(A)及びFL1(B)との間での上記副ビームの形状が、図３に示されている。
【００２６】
図３を参照すると、面Ｘにおいて、第１副ビームＡは楕円状断面Ｘ(A)を有し、第２副ビームＢは楕円状断面Ｘ(B)を有している。これら２つの断面は長軸LA(A)及びLA(B)を有し、これら長軸は直交すると共に、各々トラック等価方向(TED)に対して或る角度で配置されている。上記トラック等価方向とは、光ディスク２上のトラックの光学的等価方向である。即ち、走査対物レンズの瞳に位置する光ディスク上のトラックの方向に平行なラインは、検出器におけるトラック等価方向TEDに平行なラインに結像される。第１副ビーム断面Ｘ(A)は、該副ビームＡの第１焦点線FL1(A)に平行な長軸LA(A)を有し、該長軸はトラック等価方向TEDに対して正の角度αで配置されている。第２副ビーム断面Ｘ(B)は、該副ビームＢの第１焦点線FL1(B)に平行な長軸LA(B)を有し、該長軸はトラック等価方向TEDに対して負の角度βで配置されている。好ましくは、αは＋４５°付近であり、βは−４５°付近である。
【００２７】
上記２つの焦点線の間の中間において、各副ビームの断面は円形（以下においては、“最小錯乱円”と呼ぶ）となり、該中間の両側では楕円状となる。これら２つの焦点線の間に検出器アレイを配置することにより、図４に示すように、該検出器アレイ上に２つのスポットが形成される。前記エレメントＯＡは、当該システムが合焦状態の場合に、両副ビームに対する“最小錯乱円”が該光学装置から同一の距離に位置するように配置される。当該システムの焦点が外れている場合、副ビームＡの４５°の焦点線は−４５°の焦点線よりも検出器アレイに近くなるか、又はその逆となるであろう。この結果、検出器アレイ上のスポットＳ(A)は楕円状となり、該楕円の長軸は４５°に位置する。副ビームＢは反対の符号で非点収差的であるので、スポットＳ(B)も楕円状となり、その長軸はスポットＳ(A)のものと垂直である。
【００２８】
本発明の該実施例による四分検出器２５(A)及び２５(B)の各々における上記スポットＳ(A)及びＳ(B)の位置及び形状を図示する図４を参照すると、これらスポットの各々は良好に合焦された状態で示されている。この様に、各スポットは円形の輪郭を有している。第１四分検出器２５(A)は４つの象限Ａ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４を有し、該検出器はスポットＳ(A)が中心を合わされる中心を有している。また、第２四分検出器２５(B)は４つの象限Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４を有し、該検出器はスポットＳ(B)が中心を合わされる中心を有している。ディスク上のデータトラックによるスポットの回折により、コリメートされたビーム２４は一次（±）サイドビームを有している。このように、第１スポットＳ(A)は一次サイドビームスポットａ(+1)及び一次サイドビームスポットａ(-1)を有し、これら２つのサイドビームスポットは主スポットＳ(A)と重なり合うと共に、トラック等価方向TEDに対して垂直な方向に分離されている。第２スポットＳ(B)も、同様に配置されたサイドスポットｂ(+1)及びｂ(-1)を有している。トラック等価方向TEDは、上記２つの四分検出器の中心を結ぶラインに対して４５°の角度をなす。しかしながら、これは必ずしも必要ではなく、例えば０°の角度も同様に可能である。
【００２９】
スポットＳ(A)及びＳ(B)における回折次数の配置に関しては、瞳面におけるトラックに平行なラインが、当該光学装置ＯＡ（分割機能及び２つの副ビームに対して＋／−４５°で非点収差を加える機能を含む）により検出器面におけるラインTEDに結像される。両副ビームの非点収差のために、TEDラインは、その画像である瞳内のラインに対して垂直である。加えて、非点収差により解析次数は、図３に各々示されるように、ラインＬＡ(A)及びＬＡ(B)に対してミラー写しされる。これら２つの効果の結果として、検出器面における半径方向のディスク回折次数は、図４に示されるように、ラインTEDに対して垂直に向けられるべきである。
【００３０】
図５(A)、５(B)及び５(C)は、種々の合焦状態におけるスポットＳ(A)及びＳ(B)を示している。図５(A)において、当該スポットは、対物レンズ１８がディスクの入射面６から遠く離れすぎている状態で示されている。図５(B)におけるスポットは、対物レンズ１８が良好に合焦されている状態で示されている。図５(C)に示すスポットは、対物レンズ１８がディスクの入射面６に対して近すぎる状態で示されている。
【００３１】
図４に示すような四分検出器構造によれば、一実施例においては、フォーカスエラー信号ＦＥＳは、非点収差法を用いて、
【数１】
2005534133.tif 000003
なる信号の組み合わせを用いることにより発生される。
【００３２】
ＡとＢとの間の輝度の差の影響を低減するために、ＡＳＡ及びＡＳＢは好ましくはＡ及びＢに対する合計信号に対して各々正規化される。主ビームにＡ２２非点収差が存在する場合は、これは信号をＡＳＡからＡＳＡ＋c’Ａ２２に、及びＡＳＢからＡＳＢ＋c’Ａ２２に変化させるが、ここで、c’は定数である。従って、合計のフォーカスエラー信号ＦＥＳは影響を受けない。かくして、Ａ２２非点収差に対する感度は最少化されるか又は少なくとも低減される。
【００３３】
ラジアルエラー信号は、一実施例においては、プッシュプル法を用いて発生される。副ビームＡに関する４５°の焦点線は当該検出器の前方に位置し、従って該検出器上の一次随伴スポットの位置は前記対物系の瞳における斯かる随伴スポットの位置に対して鏡映的であることに注意すべきである。副ビームＢに関しては、−４５°の焦点線が当該検出器の前方に位置する。この結果、スポットＳ(A)及びＳ(B)の領域は互いに鏡映的となる。この場合、結果としてのラジアルエラー信号ＲＥＳは、Ａ及びＢからの下記のプッシュプル信号間の差となる：
【数２】
2005534133.tif 000004
ここでも、如何なる輝度変化も好ましくは正規化される。当該検出器に対してスポットが心外れ（偏心）している場合、即ち位置合わせ誤りの場合又はディスクの傾きによる場合、副ビームは検出器の中央に直に入射せず、中心の一方の側にずれる。しかしながら、上記ラジアルエラー信号は変化しない。何故なら、該ラジアルエラー信号はＡ及びＢからのプッシュプル信号の間の差により発生されるからである。検出器偏心エラーεは、信号ＰＰＡがＰＰＡ＋ｃεに変化し、信号ＰＰＢがＰＰＢ＋ｃεに変化するような変化を生じる（ｃは定数である）。従って、合計のラジアルエラー信号は影響を受けない。このようにして、２つの追加の随伴スポットを発生させるための３スポット回折格子は必要ではない。
【００３４】
プッシュプル・ラジアルエラー検出法を使用する代わりに、読取専用（ＲＯＭ）ディスクからの読み出しの場合は、ラジアルエラー信号の発生のために位相差検出（ＤＰＤ）又は時間差検出（ＤＴＤ）ラジアルエラー検出法も使用することができる。ＲＯＭディスクに対しては、相対的に小さなプッシュプル信号が生成されるので、ＤＰＤ又はＤＴＤラジアルエラー検出の方が好ましい。
【実施例１】
【００３５】
複屈折光学素子を用いる実施例
【００３６】
図６Ａ及び６Ｂは、本発明の一実施例による光学装置を２つの垂直な断面で図示している。図６Ａは当該レンズを図６Ｂに示す面Ｘ−Ｘを通る断面で示し、図６Ｂは当該レンズを図６Ａに示すＹ−Ｙ面を通る断面で示している。
【００３７】
この実施例において、当該光学装置は液晶（ＬＣ）ポリマのような複屈折材料を含んでいる。複屈折材料は、通過する放射の偏光に依存するような屈折率を有している。偏光が当該液晶の光軸に平行な場合は、屈折率はｎｅ（異常モード）となり、該光軸に対して垂直な場合は、屈折率はｎｏ（通常モード）となる。この実施例においては異なる非点収差の２つの副ビームを発生させるために、複屈折非点収差レンズ１００が使用される。該レンズ１００は上側のガラス基板１０２と下側のガラス基板１０４とを含み、これら基板の間に複屈折材料１０６が配置されている。
【００３８】
上記複屈折材料は、図６Ａ及び６Ｂに示される面Ｘ−Ｘ及びＹ−Ｙのうちの選択された一方に垂直に配列された光軸を有している。ディスク２から反射された放射ビームの偏光は、当該素子１００に到達する前に、当該複屈折材料の光軸に対して４５°に整列された直線偏光又は円偏光の何れかを有するように配列される。前記副ビームの一方は通常モード（“ｏモード”）ビームであり、他方は異常モード（“ｅモード”）副ビームである。
【００３９】
図６Ａに示されるように、上側基板１０２は内側表面１１２を有し、該内側表面は平坦であると共に当該光軸に垂直な面に対して角度γだけ傾斜されている。下側基板１０４は、鞍状のレンズ表面部分１０８及び該レンズ表面部分１０８を囲む外側部分１１０を有し、該外側部分は上記レンズ表面部分の輪郭に従うことができるような三次元形態である。レンズ表面部分１０８は、図６Ａに示す断面において、曲率Ｒ１＞０を有している。該レンズ表面部分１０８は、図６Ｂに示す断面では、曲率Ｒ２＜０を有している。
【００４０】
通常モードの副ビームに対する焦点距離は以下のようになる：
【数３】
2005534133.tif 000005
【００４１】
異常モード副ビームに対する焦点距離は以下のようになる：
【数４】
2005534133.tif 000006
【００４２】
ここで、ｎｇはガラスの屈折率である。一実施例においては、当該光学装置は、Ｒ２＝−Ｒ１及びｎｇ＝（ｎｏ＋ｎｅ）／２、従ってｆo,x＝ｆe，ｄｎｇｙ＜０及びｆo,y＝ｆe,x＞０のように設計される。このように、発生される非点収差は、２つの副ビームの各々に対して異なる符号を有し、最小錯乱円は各副ビームに対して当該光学装置から同一距離離れて位置する。
【００４３】
副ビームの非点収差焦点線が何処に位置するかは、以下のように計算することができる。これらは、Ｘ及びＹ方向における元のコリメートされたビームの焦点の２つの代表的点である。上記複屈折非点収差レンズが元の焦点の距離ｖだけ前に位置するとすれば、横倍率は（ｖがｆｘ及びｆｙより大幅に小さいとすれば）、
【数５】
2005534133.tif 000007
となる。
【００４４】
これは、ｅモード副ビームに当てはまる。ｏモード副ビームに関する解析は、Ｘ及びＹを入れ替えることにより分かる。この様に、焦点線は当該光学装置の距離Ｍｘｖ及びＭｙｖだけ後ろに位置する。この場合、上記２つの焦点線の間の軸方向の隔たりは（Δｎ＝ｎｅ−ｎｏとすると）、
【数６】
2005534133.tif 000008
となる。
【００４５】
かくして、当該検出器の位置及び検出器アレイ上のスポットの直径も計算可能となる。当該光学装置の前側の主ビームが開口数ＮＡを有する場合、ｅモード副ビームは何れの方向においても開口数ＮＡ／Ｍｘ及びＮＡ／Ｍｙを有する。当該検出器がｅモード副ビームの第１焦点線の距離z’後方に位置する場合、当該楕円スポットは下記のような長軸長ｄｘ及び短軸長ｄｙを有する：
【数７】
2005534133.tif 000009
【００４６】
ｄｘ＝ｄｙ＝ｄ（円形スポット）なる条件からは、
【数８】
2005534133.tif 000010
が得られる。
【００４７】
生じる焦点距離ｆｘ及びｆｙは、±ｆＬＣ＝Ｒ／Δｎに等しい。式（１３）及び（１７）を使用すると、
【数９】
2005534133.tif 000011
が得られる。
【００４８】
一例においては、ｄは１００μｍの付近にあり、ｖは５ｍｍの付近にあり、ＮＡは０.１５の付近にある。ｆＬＣは３８ｍｍの付近となる。液晶ポリマのΔｎ＝０.１なる典型的な値の場合、典型的な曲率はＲ＝３８ｃｍとなる。この場合、上記非点収差複屈折レンズの開口数は、両方向に対して｜ＮＡＬＣ｜≒ｖＮＡ／２ｆＬＣ＝ｄ／２ｖ＝０.０１となる。該非点収差レンズにより生成される非点収差の量は、Ａ２２＝ｆＬＣＮＡ２ＬＣ＝３.８μｍ、即ちλ＝０.６５μｍ（ＤＶＤ型システムにとり典型的な波長）の場合は６λの付近となる。
【００４９】
上記２つのスポットの横方向の分離に必要な波面傾きの差は、上記複屈折レンズの視野（field）を使用して発生することができる。該レンズを角度γ（図６参照）だけ傾斜させることにより、元の焦点は当該複屈折レンズの光軸から距離ｈ＝ｖγ離れて位置する。従って、前記２つの副ビームの焦点は、上記光軸から距離Ｍｘｈ及びＭｙｈだけ離れて位置する（これら２つの副ビームは異なる角度により、即ちｈ／ｆｘ及びｈ／ｆｙだけ屈折される）。この場合、検出器上での隔たりは、
【数１０】
2005534133.tif 000012
となる。
【００５０】
この隔たりはスポット直径ｄより大きくなければならず、従ってｈ≧ｖＮＡ又はγ≧ＮＡとなる。
【００５１】
他の実施例においては、２つのガラス基板内のＬＣ層の複合体は、楔状に形成される。この場合、上記スポットの所望の横方向分離を達成するために、上記ＮＡ程度の視野角を使用することもできる。
【００５２】
この横方向分離の方法の結果は、両副ビームが余分な量の非点収差を受けるということである。第１に、上記副ビームが、各々、角度＋ｈ／２ｆＬＣ及び−ｈ／２ｆＬＣで通過する厚さｄｇのガラス基板により非点収差が発生される。これは、
【数１１】
2005534133.tif 000013
となる。ｎＬＣ≒１.５、ｄＬＣ≒１０μｍ、γ≒ＮＡ＝０.１５とすると、約２１ｍλなる無視可能な量のＡ２２非点収差となる。第２の付加的な寄与は上記液晶層によりなされる。これは、
【数１２】
2005534133.tif 000014
となる。
【００５３】
ｎＬＣ≒１.５、ｄＬＣ≒１０μｍ、γ≒ＮＡ＝０.１５とすると、これも約０.５ｍλなる無視可能な量のＡ２２非点収差となる。第３の寄与は、非点収差が複屈折層に元来存在することの結果である。これは、ｅモード副ビームにおいてのみ発生される。これは、元の非点収差の約３ｘ１０−３の約ｄＬＣ／Ｒなる分数、即ち１８ｍλ付近である。これも無視可能な量である。屈折率ｎｏ、ｎｅ及びｎｇの適切な選定により、ｅモード副ビーム及びｏモード副ビームにおいて発生される非点収差をバランスさせることができる。
【実施例２】
【００５４】
回折光学素子（ＤＯＥ）を使用する実施例
【００５５】
本発明の他の実施例においては、回折光学装置が使用される。このために、ビームを副ビームが異なる非点収差を授かるように２つに分割するような回折格子が設けられる。該回折格子は、標準の回折格子におけるような一次元位相物体ではなく、二次元位相物体である。所望の効果を達成するために回折パターンと複屈折との組み合わせを使用する構造を使用することも可能である。
【００５６】
先ず、ＤＯＥが動作する態様を簡単に考察しよう。ＤＯＥの表面は、整数値ｊ（ゾーン・インデックス）によりラベル付けされたゾーンに分割される。位置ｒ→＝（ｘ，ｙ）は、
【数１３】
2005534133.tif 000015
に従いゾーンｊ内に入る。
【００５７】
関数Ｗ(ｒ→)はゾーン関数と呼ばれる。ゾーンｊ内で、変数ｓは０と１との間で、
【数１４】
2005534133.tif 000016
に従い変化し、その[ｘ]のうちの最大整数値はｘより小さい。各ゾーン内で放射に加算される位相は、
【数１５】
2005534133.tif 000017
である。
【００５８】
関数ｆ(s)は構造関数と呼ばれる。この場合、当該ＤＯＥの透過関数（transmission function）は、
【数１６】
2005534133.tif 000018
により与えられ、ここで、
【数１７】
2005534133.tif 000019
である。
【００５９】
ここで、ｍ＝…，−２，−１，０，１，２，…（存在する回折次数のインデックス）である。従って、各回折次数ｍは振幅Ｃｍ及び位相ｍＷ(ｒ→)を有する。この場合、回折次数ｍの効率は、
【数１８】
2005534133.tif 000020
となる。
【００６０】
全体として、ＤＯＥは、ゾーンの形を与えるゾーン関数Ｗ(ｒ→)と各ゾーン内の位相を与える構造関数ｆ(s)との２つの関数により特徴付けられる。
【実施例３】
【００６１】
二重非点収差ＤＯＥを用いる実施例
【００６２】
図７は、本発明の一実施例によるＤＯＥ２００の形態の光学装置（素子）を平面図で示し、該装置上にはゾーン構造が形成されている。該素子は複数のゾーンｚ１，ｚ２等を含んでいる。
【００６３】
放射を主に２つの回折次数に回折すると共に、これら２つの次数に非点収差及び波面傾斜を付与するようなＤＯＥ２００が設けられる。この実施例においては、−１番目及び＋１番目の次数が、ゾーン関数：
【数１９】
2005534133.tif 000021
と共に使用され、ここで、ｘ及びｙは正規化された瞳座標である。このように、−１番目及び＋１番目の回折次数副ビームの非点収差は等しく且つ反対である。
【００６４】
波面傾斜Ａ１１及び非点収差Ａ２２は、コリメータレンズの開口数（ＮＡ）、検出器上の２つのスポットの直径ｄ、これらスポットの中心間の隔たりｂ、及び波長λに：
【数２０】
2005534133.tif 000022
のように依存する。
【００６５】
一例においては、λ＝７８０ｎｍ、ＮＡ＝０.１５、ｄ＝１００μｍ及びｂ＝１５０μｍである。これは、１４.４λの波面傾斜及び４.８λの非点収差を提供する。ゾーンの境界は、
【数２１】
2005534133.tif 000023
なる関係を満足する。
【００６６】
従って、ゾーン境界は双曲線的である。図７は、ｂ／ｄ＝１.５及びｄＮＡ／４λ＝３.０に対して適切なゾーン境界を持つ光学装置の一例を示している。所要のゾーンの数は、非点収差項を無視可能と見なすことにより推定することができる。かくして、
【数２２】
2005534133.tif 000024
となる。
【００６７】
本例では、結果はＮ≒２９となる。ＤＯＥと検出器との間の距離がｖ＝５ｍｍの場合、ＤＯＥにおけるビーム直径は約２ｖＮＡ＝１.５ｍｍであり、ゾーン幅は約２ｖＮＡ／Ｎ＝５２μｍである。
【００６８】
構造関数に関しては、大量の放射を−１番目及び＋１番目の次数に回折する関数が好ましい。このように、位相関数−Ｗ(ｒ→)及び＋Ｗ(ｒ→)が使用される。これは、ステップ状（階段状）構造：
【数２３】
2005534133.tif 000025
により達成することができる。
【００６９】
これが達成されるステップ高ｈは、
【数２４】
2005534133.tif 000026
に等しい。
【００７０】
上記において、ｎは当該ＤＯＥの屈折率であり、ｐ＝０，１，２，…である。本例においては、λ＝７８０ｎｍであり、ｎ＝１.５である。このように、最小のステップ高は０.７８μｍである。このＯＤＥは奇数（uneven）次数（ｍ＝±１，±３，…）のみを発生し、これらは、
【数２５】
2005534133.tif 000027
なる効率を有する。
【００７１】
これは、−番目及び＋１番目の次数が一緒に放射の８／π２、即ち約８０％を授かることを保証し、かくして、放射の２０％は使用されない次数に対して失われることになる。２スポット回折格子にとっては、これは最適である。もっと重要なことには、この損失は、ディスクから検出器に向かう光学経路のうちの効率が余り重要ではない部分のみにしか現れない。かくして、ディスクに向かう光学経路の効率も、３スポット格子を伴う光経路と比較して改善される。
【実施例４】
【００７２】
二重非点収差複屈折ＤＯＥを用いる実施例
【００７３】
図８は、本発明の一実施例による光学装置３００を含むＬＤＧＵ（レーザ回折格子ユニット）の概略断面図を示す。この実施例においては、図７に関連して上述したものと同様のＤＯＥゾーン構造が使用される。回折光学系を複屈折光学系と組み合わせることにより、全体の光学経路をコンパクトにするのを可能にするような部品を提供することが可能になる。ＬＣ層３０６をＤＯＥ３０８上に配置することにより、該ＤＯＥの動作を偏光依存性にすることができる。該ＬＣの通常及び異常屈折率は、
【数２６】
2005534133.tif 000028
のように選択される。
【００７４】
上記において、ｐｅ及びｐｏは整数である。異常モードは、１００％近くの零次の放射を受け、ビームには位相関数は付与されない。通常モードの場合は、対照的に、図７に関連して上述したような非点収差ＤＯＥが現れる。統合された光学装置３００に更に中性透明基板３０４及び四分の一波長板３０２を追加することにより、ＬＤＧＵに、書込可能システム用として、偏向光学系が設けられる。レーザ３１０からディスクに向かう経路において、レーザ出力ビーム３１６の偏光（図の面に平行に示されている）は、当該放射がＤＯＥにより影響を受けないようなものである。四分の一波長板３０２の動作は、ディスクによる反射の前及び後の走査ビームに各々反対に円偏光された放射ビーム３１８及び３２０を生じさせる。このように、反射されたビームの経路においては直線偏光は最初のビーム経路とは垂直になり、ＤＯＥ３０８は完全に動作する。第１及び第２副ビーム３２０及び３２２を各々入力するように上記レーザダイオードに隣接して検出器３１２及び３１４を配置することにより、コンパクトな光学経路を提供することができる。検出器に向かう別の経路にビームスプリッタは必要とされない。通常モード及び異常モードの動作は上述したものに対して反転することができることに言及すべきであろう。
【００７５】
欠点は、放射が必ずしも複屈折材料を垂直に通過しない点にある。この結果、幾らかの放射がレーザとディスクとの間で失われると共に、ディスクと検出器との間で効率も低下される。第２の点は、スポットの向きである。レーザダイオードの遠視野ビームは典型的には楕円状であり、その偏光は該楕円の長軸に対して垂直となる。好ましくは、レーザダイオードは、該レーザダイオードの偏光がＬＣ層の複屈折軸に平行となるように向けられる。液晶をゾーンの方向に、即ち波面傾斜が設けられるべき方向に対して垂直な方向に向けることは可能である。これは非点収差と同一の方向であることが好ましいので、且つ、この後者は４５°であるので、当該ＬＣの複屈折軸も好ましくは４５°となる。これから、レーザの偏光も、従って楕円状遠視野も、４５°であるべきであるとなる。この結果、ＤＯＳ（対角的に卵形のスポット）構造となる。
【実施例５】
【００７６】
２つの異なる波長のための実施例
【００７７】
他の実施例においては、光学装置が、例えばＣＤ／ＤＶＤ互換性システムのような２つの異なる波長で動作する走査装置に対して設けられる。光ビームの波長及びＮＡ（開口数）は、ＣＤフォーマット及びＤＶＤフォーマットに対して相違する。この問題は、基板の一方の側にＣＤ波長（λＣＤ）に対する上述したような二重非点収差ＤＯＥを形成すると共に、他方の側にＤＶＤ波長（λＤＶＤ）のための上述したような二重非点収差ＤＯＥを形成することにより解決することができる。ＣＤ側のステップ高は、これらステップがＤＶＤ波長に対しては２πの倍数であるような位相を、ＣＤ波長に対してはπの位相ステップを追加するように選定される：
【数２７】
2005534133.tif 000029
【００７８】
上記において、ｐＣＤ及びｐＤＶＤは整数である（材料のバラツキが無視できない場合、これら式における屈折率は相違し得る）。上記基板のＤＶＤ側では、ステップ高ｈＤＶＤは、反対のことが起きるように選択される。
【００７９】
両ＤＯＥは、２つの異なる側において互いに上下に重なるように位置合わせされるべきであり、該要件は製造の容易さを減少させる傾向がある。他の例では、両構造を基板の一方の側に二重波長ＤＯＥを形成するように統合することができる。斯様な構造は、４つのステップレベル、０，ｈＤＶＤ，ｈＣＤ−ｈＤＶＤ及びｈＣＤ＋ｈＤＶＤを使用する。
【実施例６】
【００８０】
複屈折平行平面板を用いる実施例
【００８１】
他の実施例においては、図９に示すように、傾斜された複屈折平行平面板４００の形の光学装置が使用される。
【００８２】
該平行平面板４００はビーム４０８内に配置され、該ビームは図９に示すように検出器アレイに向かって進行する際に収束する状態にある。この実施例において、板４００の複屈折対称軸４０２は当該板の面内に配置され、図９には図の面内であるように示されている。上記収束するビーム４０８は２つの副ビーム４１０及び４１２に分割され、これら副ビームは別個の副ビーム検出器４０４及び４０６に入射する。図９において、トラック等価方向は、検出器面４１４において、図の面に対し４５°である。
【００８３】
収束するビーム内で傾斜された上記複屈折板によれば、非点収差は両偏光モードにおいて発生される。更に、該板は斯かる２つのモードの非点収差が反対の符号を持つように配置される。特定の傾斜角に対して（通常及び異常屈折率ｎｏ及びｎｅに対する値が与えられたとして）、両モードにおける非点収差は符号が反対で大きさが等しくなるようにすることができる。この板傾斜角βは：
【数２８】
2005534133.tif 000030
から得られ、ここで、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏである。焦点線間の距離ａ（非点収差距離）は：
【数２９】
2005534133.tif 000031
により与えられ、ここで、ｄは板厚である。２つのモードの接線方向焦点線間の距離は：
【数３０】
2005534133.tif 000032
であり、検出器上の２つのスポットの間の横方向の隔たりは：
【数３１】
2005534133.tif 000033
となる。
【００８４】
一例においては、ｎｏ＝１.５及びΔｎ＝０.１５である。このように、傾斜角は２３°であり、非点収差距離は０.０６３ｄであり、接線方向焦点線の隔たりは−０.０７３ｄであり、横方向の隔たりは０.０２５ｄである。
【００８５】
一例においては、非点収差距離は３００μｍに、従って厚さｄ＝４.８ｍｍに設定される。検出器上の２つのスポットの横方向の隔たりは１１９μｍであり、接線方向焦点及びサジタル焦点の隔たりは、各々、３４８μｍ及び２５２μｍである。必要とされる厚さは、光学ピックアップユニットにおける他の構成要素と比較して、かなり大きい。ＬＣ材料による過度な放射散乱故に、ＬＣ又はＬＣポリマの代わりに、カルサイトのような材料が好ましい。
【実施例７】
【００８６】
簡略化されたフレックスを用いる実施例
【００８７】
検出器を信号処理回路に接続するフレックス上の配線を減少させることにより、製造コストを低減することができる。原理的に、２つの四分検出器はフレックス上に８本の配線を生じる。これは、検出器自体上で８つの象限を２つ毎に加算することにより４に減少させることができる。図４は、象限Ａ１ないしＡ４及びＢ１ないしＢ４を示している。この実施例においては、斯かる信号が検出器回路において組み合わされて、以下のように４つの別個の信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを生成する：
【数３２】
2005534133.tif 000034
【００８８】
この場合、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）及びラジアルエラー信号（ＲＥＳ）は、信号処理により下記のように生成される：
【数３３】
2005534133.tif 000035
【００８９】
実際には、これら信号は好ましくは中央開口信号に対して正規化される：
【数３４】
2005534133.tif 000036
全体的評価
【００９０】
ここでは、上記副ビームは“概ね楕円状”断面を有すると言える。これは、完全な楕円状断面からの、ビーム中におけるコマ収差等の他の収差及び当該検出器への入射角のような他の要因により生じ得る変動を見込むことを意図するものである。
【００９１】
非点収差的フォーカスエラー検出方法及びプッシュプル・トラッキングエラー検出方法は、書込可能及び書換可能型光ディスクの走査に特に適しているが、本発明は、とりわけ下記のフォーマット、即ちＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ及びブルーレイディスクフォーマットに特に適応可能である。
【００９２】
上述した実施例は、本発明の解説的例と理解されるべきである。本発明の他の実施例も考えられる。また、一つの実施例に関して説明した如何なるフィーチャも、他の実施例においても使用することができると理解されるべきである。更に、上述しなかった等価例及び変更例も、添付請求項に記載した方法の範囲から逸脱すること無しに採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】図１は、本発明の一実施例による光学走査装置の構成要素の概要図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例に使用される光学装置の動作の概要図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例において発生される２つの副ビームスポットの断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例により検出器アレイ上に形成されるスポットの平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、当該光学走査装置の或る合焦状態において検出器アレイ上に形成されるスポットを示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、当該光学走査装置の他の合焦状態において検出器アレイ上に形成されるスポットを示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、当該光学走査装置の他の合焦状態において検出器アレイ上に形成されるスポットを示す。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の一実施例による複屈折光学装置を断面で示す。
【図６Ｂ】図６Ｂも、本発明の一実施例による複屈折光学装置を断面で示す。
【図７】図７は、本発明の一実施例による回折光学装置を平面図で示す。
【図８】図８は、本発明の一実施例によるレーザ検出器格子ユニット（ＬＤＧＵ）を示す。
【図９】図９は、本発明の一実施例による複屈折プレート装置の概要図を示す。
【図１】
2005534133.tif 000037
【図２】
2005534133.tif 000038
【図３】
2005534133.tif 000039
【図４】
2005534133.tif 000040
2005534133.tif 000041
2005534133.tif 000042
【図７】
2005534133.tif 000043
【図８】
2005534133.tif 000044
【図９】
2005534133.tif 000045
【国際調査報告】
2005534133.tif 000046
2005534133.tif 000047
2005534133.tif 000048