(57)【要約】【課題】位相シフト差動プッシュプル・トラッキングのための位相シフト回折格子を提供する。【解決手段】本発明は、位相シフト差動プッシュプル（ＰＳ−ＤＰＰ）トラッキングのための位相シフト回折格子１２、ならびにこのような位相シフト回折格子１２を用いて光記録媒体８の再生および／または記録装置に関する。本発明によれば、位相シフト回折格子１２は、２つの位相回折格子１２１、１２２を有し、２つの位相回折格子１２１、１２２を隔てる線１２３の両側の回折格子部分はπだけ位相シフトしており、２つの位相回折格子１２１、１２２は、位相シフト回折格子１２によって回折した発散する光ビーム３の１次の回折が実質的にＴＥＭ０１モードになるように設計された曲線状の格子線を有する。位相シフト回折格子１２は、発散する光ビーム３に適している。【選択図】図３
2008198338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの位相回折格子（１２１、１２２）を有し、該２つの位相回折格子（１２１、１２２）を隔てる線（１２３）の両側の回折格子部分がπだけ位相シフトしている位相シフト回折格子（１２）であって、
前記２つの位相回折格子（１２１、１２２）が、位相シフト回折格子（１２）によって回折した発散する光ビーム（３）の１次の回折が実質的にＴＥＭ０１モードになるように設計された曲線状の格子線を有することを特徴とする位相シフト回折格子（１２）。
【請求項２】
ＤＶＤ−ＲＷおよびＤＶＤ−ＲＡＭにおいて、位相シフト回折格子（１２）のゼロ次の回折がメイン・トラック上に位置するときに、ＴＥＭ０１モードのサイド・ローブが該メイン・トラックに隣接するサイド・トラック上に位置する、請求項１記載の位相シフト回折格子（１２）。
【請求項３】
前記曲線状の格子線が、ＴＥＭ０１モードのサイド・モードを抑制するように設計されてなる、請求項１または２記載の位相シフト回折格子（１２）。
【請求項４】
請求項１または２記載の位相シフト回折格子（１２）を含むことを特徴とする、光記録媒体の再生および／または記録装置。
【請求項５】
前記位相シフト回折格子（１２）が、プッシュプル・トラッキングのためのサイド・ビーム（３’、３”）を生成する、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記位相シフト回折格子（１２）が、レーザ・ダイオード（２）からの発散する光ビーム（３）中に配置される、請求項４または５記載の装置。
【請求項７】
有限光学系を用いたピックアップ（１）を有する、請求項４〜６のうちいずれか一項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフト差動プッシュプル（ＰＳ−ＤＰＰ）トラッキングのための位相シフト回折格子、ならびにこのような位相シフト回折格子を使用して光記録媒体の再生および／または記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクで差動プッシュプル（ＤＰＰ）トラッキングを行うためには、一般に、ディスク上および検出器上に３つの光スポットが必要となる。そのために、３本の光ビーム、すなわち１本のメイン・ビームおよび２本のサブ・ビームを、回折格子によって単一の光ビームから生成する。これら３つの光スポットは、ＤＶＤ−ＲＷとＤＶＤ−ＲＡＭとで異なるディスクの幾何形状に合わせなければならない。具体的には、トラック・ピッチが異なる。この幾何形状への適応は、回折格子を回転させることによって行われ、上記ディスク・タイプのうち一方に合わせて最適化することしかできない。様々なタイプのディスクに対応するためには、回折格子を回転させて、それぞれのディスク・タイプについての調整不良が許容されうる中間的な位置にすればよい。別の解決策では、例えば下記の非特許文献１に提案されているように、いわゆる位相シフト回折格子を使用する。位相シフト回折格子は、トラック・ピッチの異なる２種類以上のタイプのディスクに適している。位相シフト回折格子は、３本の光ビームの生成中に光学収差が生じるのを避けるために、平行ビーム中で対物レンズより前に位置する。この位置にあるために、位相シフト回折格子はディスクから反射した光ビームにも作用するが、これは避けなければならない。そのために、偏光依存回折と４分の１波長板とを組み合わせる。あるいは、位相シフト回折格子を、平行光ビーム中でビーム・スプリッタの前に配置して、反射光ビームが位相シフト回折格子を通過しないようにしてもよい。
【０００３】
上述のように、位相シフト回折格子は、平行光ビーム中に位置する。しかし、小型のピックアップ設計にするためには、またはコリメータ・レンズを使用しない場合には、位相シフト回折格子を、光源の近くで、発散する光ビーム中に配置することが望ましい。この場合には、位相シフト回折格子により、発生するサブ・ビームに収差が生じる。この問題の解決策は、下記の非特許文献２に示されている。この文献では、コリメータのないホログラム・レーザ・ユニットを使用している。このようなレーザ・ユニットでは検出器パターンが狭いので、必要な回折格子スプリット・アングル（ｓｐｌｉｔ  ａｎｇｌｅ）が小さい。従って、位相シフト回折格子によって生じる収差は許容範囲内にとどまる。これは、他のタイプのレーザ・ユニットには当てはまらない。
【非特許文献１】Ｕｅｙａｍａら、「Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｓｅｒｖｏ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｔｙｐｅｓ  ｏｆ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ  Ｍｅｔｈｏｄ」、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４２（２００３年）、９５２〜９５３頁
【非特許文献２】Ｕｅｙａｍａら、「Ｎｅｗ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｓｅｒｖｏｍｅｃｈａｎｉｓｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｋｓ」、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４３（２００４年）、４８０６〜４８１０頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、発散する光ビームに適した、位相シフト差動プッシュプル・トラッキングのための位相シフト回折格子を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この目的は、２つの位相回折格子を有する位相シフト回折格子であって、該２つの位相回折格子を隔てる線の両側の回折格子部分がπだけ位相シフトしており、該２つの位相回折格子が、位相シフト回折格子によって回折した発散する光ビームの１次の回折が実質的にＴＥＭ０１モードになるように設計された曲線状の格子線を有する、位相シフト回折格子によって達成される。ＴＥＭ０１モードは、２つのローブとその中央に１つのノードとを有するモードである。曲線状の格子線は、ＴＥＭ０１モードのサイド・モードを抑制するように設計される。本発明による位相シフト回折格子により、プッシュプル・トラッキングに必要な光ビームを生成することができる。回折光ビームは、ランド間および溝間の様々な距離が、実質的に同じトラッキング信号を生成するように空間的に構成される。
【０００６】
光記録媒体の再生および／または記録装置は、本発明による位相シフト回折格子を含むので有利である。この位相シフト回折格子は、プッシュプル・トラッキングに必要な光ビームを生成するため、レーザ・ダイオードからの発散する光ビーム中に配置されることが好ましい。この位相シフト回折格子は、レーザ・ダイオードの近く、例えばレーザ・ダイオードとコリメータの間、またはレーザ・ダイオードとビーム・スプリッタの間に配置することができるので、小型ピックアップ設計用に設計されている。後者の構成は、コリメータのない有限光学系を用いるピックアップに特に有利である。発散するビームを回折させると、通常は、光学収差が生じる。この光学収差は、曲線状の格子線によって回避される。
【０００７】
さらによく理解できるように、以下、図面を参照しながら本発明についてさらに詳細に説明する。本発明はこの例示的な実施形態に限定されないこと、ならびに本発明の範囲を逸脱することなく具体的な特徴の組合せおよび／または改変を適宜行うことができることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に、従来技術による光学ピックアップ１を示す。光源２は、光ビーム３を放出し、この光ビーム３はコリメータ・レンズ４によって平行になる。平行光ビーム３は、回折格子５を通過し、回折格子５は、この光ビーム３からさらに２本のサイド・ビーム３’、３”を生成する。３本のビーム３、３’、３”は、ビーム・スプリッタ・キューブ６を通過して、対物レンズ７によって光記録媒体８上に結像される。光記録媒体８で反射された光ビーム３、３’、３”は、対物レンズ７によって再び平行になり、ビーム・スプリッタ６によって別のレンズ９の方向へ偏向され、このレンズ９は光ビーム３、３’、３”を検出器１０に集束させる。
【０００９】
図２は、集束光ビーム３、３’、３”の光スポット１１、１１’、１１”の幾何形状を示す図であり、図２ａはＤＶＤ−ＲＷの場合、図２ｂはＤＶＤ−ＲＡＭの場合を示す。３つのスポット１１、１１’、１１”によって、トラッキング・サーボは、差動プッシュプル・トラッキングを行うことができる。図２の上部に概略的に示す曲線は、トラック・エッジにおける反射によって生成される、メイン・トラック（ランドＬ）および隣接するサイド・トラック（溝Ｇ）上の各スポット１１、１１’、１１”のプッシュプル信号（ＰＰ）を表す。各プッシュプル信号には、対物レンズの偏向中に検出器１０上の光スポットが移動することによって生じるオフセットがある（図示せず）。このオフセットは、トラッキング・サーボを乱すので、図２の左上部に示すように、ＤＰＰ＝ｋ＊ＯＰＰ−ＩＰＰによる信号処理によって除去される。ＯＰＰは外側プッシュプル信号、ＩＰＰは内側プッシュプル信号、ｋは利得係数である。外側プッシュプル信号ＯＰＰは、サイド・スポット１１’、１１”のプッシュプル信号を加算することによって得られる。ＯＰＰとＩＰＰは完全に逆位相なので、プッシュプル部分は除去されない。この逆位相条件は、ＤＶＤ−ＲＡＭの場合にも与えられる。しかし、ピックアップがＤＶＤ−ＲＷ用に最適化されているときには、ＤＶＤ−ＲＡＭでＯＰＰ信号の信号振幅が低下する。これは、ＯＰＰに寄与するサイド・スポット１１’、１１”のプッシュプル信号が、互いに時間がずれているからである。最悪の場合には、ＯＰＰ信号がほとんど消えてしまうこともある。これは、ＤＶＤ−ＲＷからＤＶＤ−ＲＡＭへの変更時に、ＤＰＰ信号の振幅が２倍変化し、トラッキング・サーボでは対応することが困難であることを意味する。
【００１０】
図３は、位相シフト回折格子１２を備えたピックアップ１を示す。図１のピックアップとは異なり、このピックアップ１には、コリメータ・レンズ４がない。すなわち、このピックアップは、有限光学系を用いる。これは、位相シフト回折格子１２が、発散する光ビーム３中に位置することを意味する。この場合にも、位相シフト回折格子１２は、光ビーム３から、メイン・ビーム３の他に２本の回折サイド・ビーム３’、３”を生成する。しかし、通常の回折格子５の代わりに位相シフト回折格子１２を用いることにより、両サイド・ビーム３’、３”は、楕円形の断面を有する２本のサブ・ビームにさらに分割される。
【００１１】
図４は、集束光ビーム３、３’、３”の光スポット１１、１１’、１１”の幾何形状を示す図であり、図４ａはＤＶＤ−ＲＷの場合、図４ｂはＤＶＤ−ＲＡＭの場合を示す。回折サイド・ビーム３’、３”は空間ＴＥＭ０１モードとして存在し、メイン・ビーム３はＴＥＭ００モードのままとなる。位相シフト回折格子１２は、３本の光ビーム３、３’、３”全ての軸が同じトラック上に位置する、すなわち同じトラックと一致するように配置される。従って、位相シフト回折格子１２は、インライン回折格子と呼ばれることもある。ＯＰＰ信号とＩＰＰ信号を逆位相にするためには、ＴＥＭ０１モードのサイド・ビーム３’、３”の光スポット１１’、１１”の強度の極大点が、メイン・トラックの外側に位置していなければならない。これは、ＤＶＤ−ＲＷおよびＤＶＤ−ＲＡＭの両方に対して同時に実現することができ、ＴＥＭ００モードの対応するメイン・スポット１１のサイズにのみ依存する。ＴＥＭ０１の強度分布を分析することにより簡単な検証を行うことができる。２つのサイド・ローブ１１’、１１”の距離は、ＴＥＭ０１モードの数式から導くことができるＴＥＭ００モードのＦＷＨＭの１２０％に等しいので、上記の要件は満たされる。ＦＷＨＭは、実質的に、図４でゼロ次のスポットを示す黒円１１の直径に対応する。この先の信号処理は、図１を参照して述べたのと同様である。プッシュプル信号のシミュレーションでは、この状況では、ＤＰＰ信号の振幅はＤＶＤ−ＲＷからＤＶＤ−ＲＡＭへの変更の影響をそれほど受けないという結果が出る。
【００１２】
光スポット１１、１１’、１１”を生成するための従来技術の位相シフト回折格子１２を、図５に概略的に示す。この回折格子１２は、同じ格子周期を有する２つの位相回折格子１２１、１２２から構成される。しかし、位相回折格子１２１、１２２は、πだけ相対的に位相シフトしている。すなわち、中心線１２３の両側の回折格子部分は、互いにπだけ位相シフトしている。位相回折格子１２１、１２２は、ゼロ次のビーム、および±１次のビームを生成する。回折格子１２１、１２２の間の位相差によって、±１次のビームはさらに２本のサブ・ビームに分割される。それ以上の次数の回折は弱いので、図には示していない。通常の差動プッシュプル・トラッキングでは、格子線はトラックの法線に対して傾いている。その傾斜角は、トラック・ピッチによって決まる。対照的に、図３の位相シフト回折格子１２では、格子線は、トラックに直交するようになっている。このようにして、サブ・ビームのサイド・スポット１１’、１１”は、メイン・トラックに対して対照的に配置される。
【００１３】
図５の位相シフト回折格子１２における回折を、波動光学を用いてシミュレーションした。そのために、位相シフト回折格子１２を、ピックアップ１の光学系に一体化した。その結果を図６に示す。図６は、光記録媒体８の面内の１次ビームの強度分布を示す図である。シミュレーション面積は７×７μｍ２である。分かるように、ＴＥＭ０１モードには、発散する光ビーム３の回折によって生じるさらに別のサイド・モードがある。これらのモードによって占められる総面積は、収差によって制限されるスポット形状から導出することができ、このスポット形状は、レイ・トレーシング・ソフトウェアを用いたシミュレーションによって決定することができる。換言すれば、拡大された１次ビームのスポットは、複数のサイド・モードから構成される。同様に、通常の回折格子であれば、複数のサイド・モードを備えたＴＥＭ００モードから構成される１次ビームが生じる。
【００１４】
ＴＥＭ０１モードのサイド・モードは、隣接するトラック・エッジに当たる可能性があるので、プッシュプル信号を乱す恐れがある。従って、これらのサイド・モードを抑制する必要がある。そのために、光学設計ソフトウェアを用いて、標準的な最適化レイ・トレーシング手順を用いて位相シフト回折格子１２の位相係数を変化させることによって、回折光ビーム３’、３”のサイズおよびビーム断面を最適化する。その結果、１×１ｍｍ２の面積に格子線を２本おきに示す、図７に示すような回折格子が得られる。図５と図７を組み合わせると、図８に示すような、純粋なＴＥＭ０１モードしか生成しない回折格子が得られる。その回折を波動光学的にシミュレーションしたものを図９に示す。この場合も、シミュレーション面積は７×７μｍ２である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術による光学的ピックアップを示す図である。
【図２】ＤＶＤ−ＲＷおよびＤＶＤ−ＲＡＭの差動プッシュプル・トラッキングに使用される光スポットの幾何形状を示す概略図である。
【図３】位相シフト回折格子を備えたピックアップを示す図である。
【図４】ＤＶＤ−ＲＷおよびＤＶＤ−ＲＡＭの位相シフト差動プッシュプル・トラッキングに使用される光スポットの幾何形状を示す概略図である。
【図５】従来技術による位相シフト回折格子を示す図である。
【図６】図５に示す回折格子によって生成される１次ビームの強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明による最適化された曲線回折格子の格子線を示す図である。
【図８】本発明による最適化された位相シフト回折格子を示す図である。
【図９】図８に示す回折格子によって生成された１次ビームの強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  光学ピックアップ
２  光源
３  光ビーム
６  ビーム・スプリッタ
７  対物レンズ
８  光記録媒体
１０  検出器
１２  位相シフト回折格子
１２１  位相回折格子
１２２  位相回折格子
【図１】
2008198338.tif 000003
【図２】
2008198338.tif 000004
【図３】
2008198338.tif 000005
【図４】
2008198338.tif 000006
【図５】
2008198338.tif 000007
【図７】
2008198338.tif 000008
【図８】
2008198338.tif 000009
【図６】
2008198338.tif 000010
【図９】
2008198338.tif 000011
【外国語明細書】
2008198338000001.pdf