(57)【要約】【課題】トラッキングエラーおよび球面収差誤差を検出することができる光集積ユニットにおいて信号検出にもちいる光束の光量を確保する。【解決手段】光ディスクにおいて反射した反射光の非回折光５５を光検出手段１２において検出する。また、前記反射光を分離する光分離手段３２を最適な形状に分割する。領域３２ｂおよび３２ａにおいて回折した光束を用いて球面収差誤差を検出する。非回折光５５を用いて生成したメインプッシュプル信号を、領域３２ｇ、３２ｄ、３２ｆおよび３２ｅにおいて回折した光束を用いて生成したトラッキングエラー信号の補正信号により補正し、トラッキングエラーを安定して検出する。これにより３ビームを用いない構成とすることができる。【選択図】図１
2008084441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を出射する光源と、
光ディスクにおいて反射した該光束の反射光を分離する回折手段と、
該分離された光束を検出する複数の受光部を有する光検出手段と、
該光源からの光束を透過させ、該光ディスクからの反射光を反射する光学面と、を備えており、
該回折手段は、該回折手段上に入射する該反射光の光軸を通る、該光ディスクのラジアル方向に平行な第１の境界線と、該第１の境界線に平行な第２の境界線と、該第２の境界線に対して該光軸より外側に存在する第１の領域と、該第１の境界線と第２の境界線との間に存在する第２の領域と、該第１の境界線に対して該第１の領域及び第２の領域の反対側に存在する第３の領域とを有しており、
該第２の領域は該光軸を含んでいる内周領域と該光軸を含んでいない外周領域とに分割されていることを特徴とする光集積ユニット。
【請求項２】
前記第３の領域が、前記第１の境界線に平行な第３の境界線によって前記光軸を含む第４の領域と該光軸を含まない第５の領域とに分割されていることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項３】
前記第１の境界線と前記第２の境界線との距離が、前記回折手段上に入射する光束の有効径半径の７０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項４】
前記第１の境界線と前記第３の境界線との距離が、前記回折手段上に入射する光束の有効径半径の７０％以上であることを特徴とする請求項２に記載の光集積ユニット。
【請求項５】
前記内周領域と前記外周領域との境界線は、
第１の線分と、第２の線分と、第３の線分と、第４の線分と、第５の線分とがこの順に連結してなり、
該第１の線分と、該第３の線分と、該第５の線分とは、前記第１の境界線と平行であることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項６】
前記第２の線分と前記第４の線分が、前記光軸を通る前記光ディスクのトラック方向に平行な直線に関して線対称であり、
前記第１の境界線と前記第３の線分との距離が、該第１の境界線と前記第１の線分との距離よりも長いことを特徴とする請求項５に記載の光集積ユニット。
【請求項７】
前記第２の線分と、該第２の線分と交わる前記光ディスクのトラック方向に平行な直線とがなす狭角が、４５°であることを特徴とする請求項６に記載の光集積ユニット。
【請求項８】
前記第１の領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいてトラッキングエラー信号の補正信号を生成するトラッキングエラー補正信号生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項９】
前記第１の領域及び前記第５の領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいてトラッキングエラー信号の補正信号を生成するトラッキングエラー補正信号生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の光集積ユニット。
【請求項１０】
前記第１の領域が、前記光軸を通る前記光ディスクのトラック方向に平行な第４の境界線により２分割されていることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項１１】
前記第５の領域が、前記光軸を通る前記光ディスクのトラック方向に平行な第４の境界線により２分割されていることを特徴とする請求項２に記載の光集積ユニット。
【請求項１２】
前記トラッキングエラー補正信号生成手段が、前記第１の領域において回折した＋１次回折光及び−１次回折光のそれぞれの前記光検出手段による検出結果に基づいてトラッキングエラー補正信号を生成することを特徴とする請求項８に記載の光集積ユニット。
【請求項１３】
前記トラッキングエラー補正信号生成手段が、前記第１の領域および前記第５の領域において回折した＋１次回折光及び−１次回折光のそれぞれの前記光検出手段による検出結果に基づいてトラッキングエラー補正信号を生成することを特徴とする請求項９に記載の光集積ユニット。
【請求項１４】
前記第３の領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいてフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項１５】
前記第３の領域及び前記外周領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいてフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項１６】
前記内周領域及び前記外周領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいて球面収差誤差信号を生成する前記球面収差誤差信号生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項１７】
前記外周領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいて球面収差誤差信号を生成する前記球面収差誤差信号生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項１８】
前記回折手段は、光ビームの偏光によって回折効率が変化する偏光特性を有しており、該偏光特性は、該回折手段において前記光源からの光束が回折しないように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光集積ユニット。
【請求項１９】
請求項１に記載の光集積ユニットを備えることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２０】
少なくとも２つの対物レンズを備え、少なくとも２種の光ディスクに対して、少なくとも情報の記録または再生の何れか一つを行う光ピックアップにおいて、
請求項１に記載の光集積ユニットを少なくとも１つ備えていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２１】
少なくとも一つの前記光集積ユニットからの出射光が前記光ディスク上に結ぶ焦点が通過する直線が、該光ディスクのトラックに対して斜めに交わることを特徴とする請求項２０に記載の光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光分割手段により光ディスクからの反射光を多分割し、情報信号及び各種誤差信号を生成する光ピックアップおよびその光集積ユニットに関するものであり、特に、情報信号及び各種誤差信号を生成するために用いる光束の光量を十分に確保できる光集積ユニットおよびそれを備えた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報量の増大と共に光ディスクの記録密度を高くすることが求められている。光ディスクの高記録密度化は、光ディスクの情報記録層における線記録密度を高めることやトラックの狭ピッチ化により行われてきた。上記のような高記録密度化された光ディスクを記録再生する光ピックアップ装置では、該光ディスクの情報記録層上に集光させる光ビームのビーム径を小さくすることが必要となる。
【０００３】
上記ビーム径を小さくする方法としては、上記光ピックアップ装置が集光光学系として用いる対物レンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を大きくすることが考えられる。また、上記光ピックアップ装置が用いる光ビームの短波長化を図ることも考えられる。
【０００４】
光ビームの短波長化に関して、波長４０５ｎｍの青紫色半導体レーザが実用化されている。ＣＤにおいて一般に利用されてきた波長７８０ｎｍの赤外半導体レーザから、ＤＶＤにおいて一般に利用されてきた波長６５０ｎｍの赤色半導体レーザへ、さらに波長４０５ｎｍの青紫色半導体レーザへの光源の置き換えが可能な状況となってきている。
【０００５】
対物レンズの開口数を大きくする手法として、従来は２枚のレンズ（２群レンズ）によって対物レンズを構成する手法が提案されていた。現在は、レンズ設計技術やレンズ製造技術の向上により、単レンズでもＮＡが０．８５程度の高開口数の対物レンズが実用化されている。
【０００６】
また、光ディスクの厚さ方向へ記録情報の高密度化を進めることができるように、情報記録層を積層化して形成された多層光ディスクがある。例えば、情報記録層が２層のＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）やＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）が既に商品化されている。
【０００７】
しかし、上記のような光ディスクの高記録密度化には、次のような問題が存在する。
【０００８】
一般に、光ディスクは埃や傷から情報記録層を保護するために、情報記録層がカバーガラスによって覆われている。光ピックアップ装置の対物レンズを透過した光ビームは、カバーガラスを通過して、その下にある情報記録層上において集光されて焦点を結ぶことになる。
【０００９】
ここで、光ビームがカバーガラスを通過すると、球面収差（ＳＡ：Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）が発生する。球面収差ＳＡは次の式によって示される。
【００１０】
ＳＡ∝（ｄ／λ）・ＮＡ４・・・・・・・・・・（１）
但し、ｄはカバーガラスの厚さ、λは光ビームの波長、ＮＡは対物レンズの開口数である。
【００１１】
式（１）に示すように、球面収差ＳＡは、カバーガラスの厚さｄ、対物レンズのＮＡの４乗に比例し、光源の波長λに反比例する。通常、対物レンズはこの球面収差を相殺するように設計されている。そのため、対物レンズとカバーガラスとを通過した光ビームの球面収差は十分に小さくなっている。
【００１２】
しかしながら、カバーガラスの厚さｄが予め定められた値からずれると、情報記録層に集光された光ビームには、新たに球面収差が発生する。そのため、ビーム径が大きくなり、情報を正しく読み書きすることができなくなるという問題が生じる。
【００１３】
カバーガラスの厚さ誤差をΔｄ、球面収差の誤差をΔＳＡとすれば、式（１）より、Δｄが大きくなればなるほど、ΔＳＡが大きくなり、光ディスクの情報を正しく読み書きすることができなくなることが分かる。さらに、光源の波長λが短くなればなるほど、球面収差ＳＡが大きくなることがわかる。
【００１４】
ＤＶＤの記録再生に用いる光ピックアップの対物レンズのＮＡは０．６程度と小さいので、カバーガラス厚さ誤差Δｄが多少大きくなっても、球面収差の誤差ΔＳＡに与える影響は小さい。したがって、従来の開口数ＮＡが０．６程度の光ピックアップ装置を使用するＤＶＤ装置では、ＤＶＤのカバーガラスの厚さ誤差Δｄによって発生する球面収差の誤差ΔＳＡが小さく、各情報記録層に集光する光ビームを十分小さく集光させることができる。
【００１５】
ところが、カバーガラスの厚さ誤差Δｄが等しくても、ＮＡが大きくなるほど大きな球面収差ＳＡが発生する。例えば、ＮＡ＝０．６に比べて、ＮＡ＝０．８５では、約４倍の球面収差ＳＡが発生する。さらに、カバーガラスの厚さ誤差Δｄが等しくても、波長が短くなるほど大きな球面収差ＳＡが発生する。例えば、λ＝６５０ｎｍに比べて、λ＝４０５ｎｍでは約１．６倍の球面収差ＳＡが発生する。短波長光源と高ＮＡ対物レンズを使用するＢＤでは、ＤＶＤの約６．４倍の球面収差が発生する。
【００１６】
また、前述した多層の情報記録層が形成された光ディスクでは、該光ディスクの表面（カバーガラス表面）から各情報記録層までの厚みがそれぞれ異なる。そのため、光ビームが光ディスクのカバーガラスを通過する際に発生する球面収差が、各情報記録層によって異なる。例えば、隣接する情報記録層間において発生する球面収差の差異（誤差ΔＳＡ）は、式（１）より、隣接する情報記録層の層間距離ｔ（ｄに相当）に比例する。
【００１７】
但し、隣接する情報記録層の層間距離ｔが等しくても、光ピックアップ装置の対物レンズのＮＡが大きくなるほど大きな球面収差の差異（誤差ΔＳＡ）が発生する。例えば、ＮＡ＝０．６に比べて、ＮＡ＝０．８５では、約４倍の球面収差の差異が発生する。したがって、上記式（１）より、ＮＡ＝０．８５のように高ＮＡになればなるほど、各情報記録層の球面収差の差異が大きくなることが分かる。
【００１８】
以上のように、高ＮＡの対物レンズでは、球面収差の誤差の影響が無視できず、情報の読み取り精度の低下を招くという問題が生じる。そこで、高ＮＡの対物レンズを用いて高記録密度化を実現するためには球面収差を補正する必要がある。
【００１９】
ここで、特許文献１は、球面収差を補正する技術を開示している。特許文献１に記載の光ピックアップは、光ディスクにおいて反射した復路の光ビームを、ホログラム素子によって分離する。その際、上記復路の光ビームを、該光ビームの光軸に近い部分から分離された第１の光ビームと、該光ビームの外周部に近い部分から分離された第２の光ビームとに分離する。そして、上記第１の光ビームと上記第２の光ビームとの集光位置が異なることを利用して球面収差を検出し、この検出結果に基づいて球面収差を補正する。以下、図面を参照して、特許文献１に記載の光ピックアップを詳細に説明する。
【００２０】
図１４は、特許文献１に記載の光ピックアップの概略構成を示す断面図である。同図に示すように、光ピックアップ装置１４０は、光集積ユニット１０１と、コリメータレンズ１０２と、対物レンズ１０３とを備えている。また、光ディスク１０４は、基板１０４ａと、光ビームが透過するカバー層１０４ｂと、基板１０４ａとカバー層１０４ｂとの境界に形成された記録層１０４ｃと、によって構成されている。
【００２１】
図１５は、光集積ユニット１０１を示す拡大断面図である。なお、図１５は、図示した光軸方向（ｚ方向）に直交するｙ方向から見た図である。同図に示すように、光集積ユニット１０１は、半導体レーザ１１１（光源）と、受光素子１１２と、偏光ビームスプリッタ面（ＰＢＳ面）１１４ａおよび反射ミラー１１４ｂを備えた偏光ビームスプリッタ１１４（導光手段）と、偏光回折素子１１５（回折手段）と、１／４波長板１１６と、パッケージ１１７とを備えている。また、偏光回折素子１１５は、偏光ホログラム素子１３１および偏光ホログラム素子１３２からなる。
【００２２】
光集積ユニット１０１に搭載された半導体レーザ１１１から出射した光ビーム１２０は、コリメータレンズ１０２により平行光にされた後、対物レンズ１０３を介して光ディスク１０４に集光される。そして、光ディスク１０４から反射した光ビーム（戻り光）は、再び対物レンズ１０３とコリメータレンズ１０２を通過して、光集積ユニット１０１に搭載された受光素子１１２上に受光される。
【００２３】
ここで、上記偏光ホログラム素子１３１には、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を検出するための３ビーム生成用のホログラムパターンが形成されている。半導体レーザ１１１から出射した光ビーム１２０は、偏光ホログラム素子１３１において回折して、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を検出するための３ビーム１２２（メインビームおよび、２つのサブビーム）となって光集積ユニット１０１から出射する。
【００２４】
また、上記偏光ホログラム素子１３２には、上記戻り光を分離するためのホログラムパターンが形成されている。偏光ホログラム素子１３２に入射した戻り光は、０次回折光（非回折光）１２２と、＋１次回折光（回折光）１２３とに分離されて出射する。分離された上記戻り光（０次回折光および＋１次回折光）は、偏光ビームスプリッタ１１４に入射し、上記ＰＢＳ面１１４ａによって反射され、反射ミラー１１４ｂによってさらに反射されて偏光ビームスプリッタ１１４から出射する。偏光ビームスプリッタ１１４から出射した戻り光は、上記受光素子１１２に受光される。以下、偏光ホログラム素子１３２に形成されるホログラムパターンおよび該ホログラムパターンと受光素子１１２との関係について説明する。
【００２５】
図１６は、偏光ホログラム素子１３２に形成されるホログラムパターンを示す平面図である。同図に示すように、偏光ホログラム素子１３２のホログラムパターンは、３つの領域１３２ａ、１３２ｂおよび１３２ｃから構成される。具体的には、光軸を含みラジアル方向に伸びた直線によって２分割された一方の半円領域１３２ｃと、他方の半円領域がさらに円弧状の境界線Ｄ１０１によって分割された内周領域１３２ａおよび外周領域１３２ｂである。
【００２６】
図１７は、偏光ホログラム素子１３２に形成されるホログラムパターンおよび受光素子１１２を示した模式図である。同図に示すように、受光素子１１２は１１２ａ〜１１２ｎの１４個の受光部により構成されている。
【００２７】
０次回折光（非回折光）１２２の３ビームは、受光部１１２ａ〜１１２ｈにおいて受光される。また、＋１次回折光１２３は、受光部１１２ｉ〜１１２ｎにおいて受光される。より詳細には、領域１３２ａにおいて回折した＋１次回折光１２３は受光部１１２ｉ〜１１２ｊにおいて受光され、領域１３２ｂにおいて回折した＋１次回折光１２３は受光部１１２ｋ〜１１２ｌにおいて受光され、領域１３２ｃにおいて回折した＋１次回折光１２３は受光部１１２ｍ〜１１２ｍにおいて受光される。
【００２８】
サーボ信号は以下のように生成される。なお、受光部１１２ａ〜１１２ｎの出力信号をＳａ〜Ｓｎと表す。
【００２９】
情報信号（ＲＦ）は、非回折光１２２を用いて検出する。すなわち、情報信号（ＲＦ）は、
ＲＦ＝Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｄ
により与えられる。
【００３０】
ＤＰＤ法（位相差法）によるトラッキング誤差信号（ＴＥＳ１）は、Ｓａ〜Ｓｄの位相比較を行うことにより検出される。
【００３１】
ＤＰＰ法によるトラッキング誤差信号（ＴＥＳ２）は、
ＴＥＳ２＝｛（Ｓａ＋Ｓｂ）−（Ｓｃ＋Ｓｄ）｝
−α｛（Ｓｅ−Ｓｆ）＋（Ｓｇ−Ｓｈ）｝
により与えられる。なお、ここで、αは対物レンズシフトや光ディスクチルトによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。
【００３２】
フォーカス誤差信号（ＦＥＳ）は、ダブルナイフエッジ法を用いて検出する。すなわち、ＦＥＳは、
ＦＥＳ＝（Ｓｍ−Ｓｎ）−｛（Ｓｋ＋Ｓｉ）−（Ｓｌ＋Ｓｊ）｝
により与えられる。
【００３３】
球面収差誤差信号（ＳＡＥＳ）は内外周に分離した光ビームからの検出信号を用いて検出する。すなわち、ＳＡＥＳは、
ＳＡＥＳ＝（Ｓｋ−Ｓｌ）−β（Ｓi−Ｓj）
により与えられる。なお、ここで、βはＳＡＥＳのオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。
【００３４】
図１８（ａ）および図１８（ｂ）は球面収差誤差が発生しており、焦点ずれは発生していない状態における受光素子１１２上の光ビームの形状を説明する図である。すなわち、光ディスク１０４のカバー層１０４ｂの厚み誤差の影響により、対物レンズ１０３の集光ビームに球面収差が発生しており、光ディスク４は対物レンズ３の焦点に位置している。
【００３５】
図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すように、球面収差が残存するため、内周側ビーム（領域１３２ａにおいて回折した光ビーム）と外周側ビーム（領域１３２ｂにおいて回折した光ビーム）とが分割線に対して逆方向に大きくなっている。これは、図１８（ａ）および図１８（ｂ）において球面収差の発生方向（厚み誤差の符号）が異なるためである。上記のＳＡＥＳの算出式に示すように、図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示す状態では、ＳＡＥＳはそれぞれ正と負の大きな値を示すことがわかる。
【００３６】
以上のように特許文献１において、光ディスクの球面収差誤差の補正を考慮したＢＤ用の光集積モジュールが開示されている。
【００３７】
また、近年の光ディスクの高記録密度化への要望と共に、光ディスクをモバイル用途において使用するため、光ピックアップ装置を小型軽量化することが強く望まれている。特許文献２に、光ピックアップ装置の小型軽量化の要求に答える光集積ユニット技術が記載されている。
【００３８】
図１９（ａ）は、特許文献２に記載の光集積ユニットの概略構成を示す断面図である。同図に示すように、発光素子１４４から発せられた光は、複合回折素子（ホログラム素子）１４３を透過し、対物レンズ１４２により光ディスク１４１の情報記録面に集光される。なお、光ディスク１４１の情報トラックの方向は紙面に垂直な方向である。光ディスク１４１からの反射光は、対物レンズ１４２を通過後、再び発光素子１４４の近傍に向かって収束しながら進み、複合回折素子１４３に入射する。複合回折素子１４３に入射した光は、＋１次、０次、および−１次回折光に分離される。前記分離された光束のうち、＋１次、および−１次回折光が、対応する各受光素子に向けて回折される。
【００３９】
図１９（ｂ）は、複合回折素子１４３を示す平面図である。同図に示すように、複合回折素子１４３は、分割線１４３ａ〜１４３ｃによって分割された領域を有する。また、図１９（ｃ）は、前記受光素子および発行素子１４４が設けられた基板１４５を示す図である。複合回折素子４３の領域４６ａおよび４６ｅにおける回折光は、例えば受光素子４７ａと４７ｄに、領域４６ｂおよび４６ｆにおける回折光は、例えば受光素子４７ｂと４７ｃに、領域４６ｃにおける回折光は、例えば３分割受光素子４９と５０に、領域４６ｄにおける回折光は、例えば３分割受光素子４８と５１に、各々入射する。
【００４０】
ここで、フォーカスエラー信号ＦＥＳを得るために、複合回折素子４３の領域４６ｃおよび４６ｄの回折格子パターンに、例えば、次のような条件を満たすレンズの屈折力を持たせる。まず、３分割受光素子４９および５１に入射する光束は、その受光素子よりも遠い位置に焦点を結ぶようにする。また、３分割受光素子４８および５０に入射する光束は、その受光素子より複合回折素子３に近い位置において焦点を結ぶようにする。更に、光ディスク４１が対物レンズ４２の合焦点にあるときに、３分割受光素子４８、４９、５０および５１上に受光する光束の、受光素子の分割線に直交する方向の長さが、実質上等しくなるようにする。以上の条件を満たすような複合回折素子４３を用いれば、対物レンズ４２の合焦点ずれに応じて、各３分割受光素子上において光束の大きさがそれぞれ異なる大きさに変化するので、
ＦＥＳ＝４９ｂ＋５１ｂ＋４８ａ＋４８ｃ＋５０ａ＋５０ｃ
−（４９ａ＋４９ｃ＋５１ａ＋５１ｃ＋４８ｂ＋５０ｂ）
という演算により、フォーカスエラー信号ＦＥＳが得られる。
【００４１】
また、対物レンズ４２が情報トラックに直交する方向に移動したときに生じる、トラッキングオフセットを補正する信号ＴＥＳ１は、複合回折素子４３の領域分割線４３ｂと４３ｃの外側の領域を通過した光束を検出して、
ＴＥＳ１＝４７ａ＋４７ｄ−（４７ｂ＋４７ｃ）
により得られる。
【００４２】
プッシュプル信号ＴＥＳ２は、複合回折素子４３の領域分割線４３ｂと４３ｃの間の領域を通過した光束を検出して、
ＴＥＳ２＝（４９ａ＋４９ｂ＋４９ｃ＋５０ａ＋５０ｂ＋５０ｃ）
−（４８ａ＋４８ｂ＋４８ｃ＋５１ａ＋５１ｂ＋５１ｃ）
により得られる。
【００４３】
従って、対物レンズ２の移動に伴い生じるオフセットが補正されたトラッキングエラー信号ＴＥＳは、
ＴＥＳ＝ＴＥＳ２−ｋ×ＴＥＳ１
となる。ここで、ｋは補正係数である。
【００４４】
以上のように、特許文献２に記載の光ピックアップでは、光ディスクからの反射光をホログラム素子により多分割することにより、トラッキングオフセットが補正されたトラッキングエラー信号を生成することができる。一方、特許文献１に記載の光ピックアップは、ホログラム素子により３ビームを生成してトラッキングエラー信号を生成する。ここで、特許文献２に記載の光ピックアップによれば、３ビーム生成用のホログラム素子が不要となり光集積ユニットの小型化および低コスト化が可能となる。
【特許文献１】特開２００６−６５９３５号公報（平成１８年３月９日公開）
【特許文献２】特開平１１−７３６５８号公報（平成１１年３月１６日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４５】
しかしながら、上記の従来技術は、信号検出のための光量が不足し、高品質な再生信号を得ることができないという課題を共通して有している。
【００４６】
まず、特許文献１に記載の光集積ユニットでは、トラッキングエラー検出のために差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）を用いている。ＤＰＰ法は、サブビームを生成するため、再生信号生成に用いるメインビームの光量が少なくなり、十分な光量を得ることができない。
【００４７】
また、特許文献２に記載の光集積ユニットでは、ホログラム素子の０次光を検出せず１次回折光のみを用いて信号検出を行う為、光ディスクから戻る光量が不足する。これは、より高速に記録再生を行う光ピックアップ装置において顕著である。
【００４８】
他にも、特許文献１に記載の光集積ユニットでは、ＤＰＰ法を用いているため、３ビーム生成用のホログラム素子が必要となる。そのため、前記光集積ユニットの構造が複雑かつ高コストとなる。
【００４９】
また、ＣＤ・ＤＶＤ・ＢＤ等を含む多種の光ディスクに対して再生あるいは記録を行う光ピックアップでは、対物レンズが、光ディスクの中心を通る直線からずれた位置に配置されることがある。この場合、後述するように、上記のような３ビームを用いるトラッキングエラー検出を行うと不具合が生じる。
【００５０】
さらに、特許文献１に記載の光集積ユニットは、図１６に示すホログラムパターンを有する光分離手段を備える。同図に示すように、前記光分離手段は光軸を中心とする円の円弧を境界線として光ビームを分離する。そのため、感度よく球面収差信号（ＳＡＥＳ）を検出できる。しかしながら、トラッキング制御時における対物レンズの移動（対物レンズシフト）によりホログラム素子の中心位置と光ビームの中心位置とがラジアル方向へずれると、ＳＡＥＳの検出感度が低下するという問題がある
一方、特許文献２に記載の光集積ユニットでは、非回折光が半導体レーザに再入射するため、該半導体レーザの発振状態が不安定となり、ひいては光ピックアップ自体の動作不安定につながる。
【００５１】
また、特許文献２に記載の光集積ユニットのホログラム分割形状では、ＢＤにおいて必要となる球面収差誤差検出が行えない。
【００５２】
さらに、特許文献２の実施例では、ホログラム素子のトラッキングオフセットを補正する信号（トラッキングエラー補正信号）の生成領域の最適形状を指定する数式が示されているが、この数式は球面収差誤差信号の信号光量を確保することは考慮されていない
本発明は、上記の各問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、光ディスクにおいて反射した光束を分離する回折手段の分割形状を最適化することにより、光ディスクからの反射光の利用効率が高い光集積ユニットおよびこの光集積ユニットを用いた光ピックアップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００５３】
本発明に係る光集積ユニットは、上記課題を解決するために、光束を出射する光源と、光ディスクにおいて反射した該光束の反射光を分離する回折手段と、該回折手段により分離された非回折光を含む複数の光束を検出する光検出手段と、該光源からの光束を透過させ、該光ディスクからの反射光を反射する光学面と、を備えており、該回折手段は、該回折手段上に入射する該反射光の光軸を通る、該光ディスクのラジアル方向に平行な第１の境界線と、該第１の境界線に平行な第２の境界線と、該第２の境界線に対して該光軸より外側に存在する第１の領域と、該第１の境界線と第２の境界線との間に存在する第２の領域と、該第１の境界線に対して該第１の領域及び第２の領域の反対側に存在する第３の領域とを有しており、該第２の領域は該光軸を含んでいる内周領域と該光軸を含んでいない外周領域とに分割されていることを特徴としている。
【００５４】
上記の構成によれば、前記光源を出射し、前記光ディスクにおいて反射し、前記回折手段において分離された光束を、光検出手段により検出することができる。
【００５５】
このとき、前記回折手段の第２の領域は、前記光軸を含んでいる内周領域と該光軸を含んでいない外周領域とに分割されている。前述したように、球面収差誤差の検出は高記録密度化した光ディスクの記録または再生には不可欠であるが、前記内周領域と前記外周領域とにおいて回折した光束をそれぞれ検出することにより、安定して球面収差誤差信号を生成することができる。
【００５６】
また、前記光学面は前記光ディスクからの反射光のみを反射して当該反射光の経路を変化させるので、該反射光の非回折光が前記光源へ再入射することを防ぐことができ、また、該非回折光を光検出手段によって検出することができる。これにより、信号検出に光量が多い非回折光を利用することができるので、再生品質を高めることができるという効果を奏する。
【００５７】
さらに、前記回折手段の第１の領域において回折した光束を検出することによりトラッキングエラー信号の補正信号を安定して生成することができる。なお、前記補正信号とは、対物レンズシフトやディスクチルトにより発生するトラッキングエラー信号のオフセットを補正するための信号を指す。これにより、トラッキングエラー信号の生成のために、３ビーム生成用のホログラム素子を用いる必要が無くなる。そのため、サブビームを生成することに起因するメインビームの光量の低下や、後述する多種の光ディスクに対して再生あるいは記録を行う光ピックアップにおいて３ビームを用いた場合の不具合を防ぐことができるという効果を奏する。
【００５８】
前記光集積ユニットでは、前記第１の境界線と前記第２の境界線との距離が、前記回折手段上に入射する光束の有効径半径の７０％以上であることが好ましい。
【００５９】
上記の構成によれば、前記第１の領域に、非回折光と１次回折光の干渉領域が含まれない。
そのため、トラッキングエラー信号の補正信号にプッシュプル信号が含まれるのを避け、トラッキングエラー信号の感度を高めることができる。すなわち、トラッキングエラー信号の生成には、非回折光と１次回折光の干渉を利用したプッシュプル信号が用いられるが、前記補正信号にプッシュプル信号が含まれている場合に起こる信号の打ち消し合いを防ぐことができる。
【００６０】
さらに、上記の構成によれば、前記第２の領域が十分な広さを有するので、球面収差誤差検出のために用いる、該第２の領域において回折した光束の光量が増す。そのため、より感度の高い球面収差誤差信号を生成することができ、該光集積ユニットを用いた光ピックアップの安定動作に寄与することができる。
【００６１】
前記光集積ユニットでは、前記内周領域と前記外周領域との境界線は、第１の線分と、第２の線分と、第３の線分と、第４の線分と、第５の線分とがこの順に連結してなり、該第１の線分と、該第３の線分と、該第５の線分とは、前記第１の境界線と平行であることが好ましい。
【００６２】
上記の構成によれば、前記内周領域と前記外周領域との境界線が、主に前記光ディスクのラジアル方向に平行な直線によって構成される。そのため、トラッキング制御時に対物レンズが前記ラジアル方向にずれても、前記内周領域に入射する光束がずれて前記外周領域に入射すること、およびその逆が起こりにくい。これにより安定した球面収差誤差信号の生成を行うことができる。
【００６３】
前記光集積ユニットでは、前記第２の線分と前記第４の線分が、前記光軸を通る前記光ディスクのトラック方向に平行な直線に関して線対称であり、前記第１の境界線と前記第３の線分との距離が、該第１の境界線と前記第１の線分との距離よりも長いことが好ましい。
【００６４】
上記の構成によれば、前記第２の線分と前記第４の線分が、前記光軸を通る前記光ディスクのトラック方向に平行な直線に関して線対称なので、前記第３の線分は、ちょうど前記内周領域と前記外周領域との境界線の中央に位置し、該中央部は線対称な形状を有する。また、前記第１の境界線と前記第３の線分との距離が、該第１の境界線と前記第１の線分との距離よりも長いため、中央部は盛り上がっている。すなわち、前記中央部は円弧形状に近い形状を有している。そのため、前記内周領域と前記外周領域とにおいて回折した光束を検出することにより、感度が高い球面収差誤差信号を生成することができる。
【００６５】
前記光集積ユニットでは、前記第２の線分と、該第２の線分と交わる前記光ディスクのトラック方向に平行な直線とがなす狭角が、４５°であることが好ましい。
【００６６】
上記の構成によれば、前記中央部がさらに円弧に近い形状を有することにより、感度が高い球面収差誤差信号を生成することができるという効果を奏する。
【００６７】
前記光集積ユニットでは、前記第１の領域において回折した光束及び前記非回折光の前記光検出手段による検出結果に基づいてトラッキングエラー信号の補正信号を生成するトラッキングエラー補正信号生成手段をさらに備えることが好ましい。
【００６８】
上記の構成によれば、前記第１の領域において回折した光束を用いてトラッキングエラー信号の補正信号を生成することができる。前記第１の領域において回折した光束には、前記プッシュプル信号に比べ、対物レンズシフトやディスクチルトにより発生するトラッキングエラー信号のオフセット信号が多く含まれている。従って、前記第１の領域において回折した光束の検出結果を用いてトラッキングエラー信号を補正することにより、対物レンズシフトやディスクチルトにより発生するトラッキングエラー信号のオフセットを補正できるので、安定してトラッキングエラー信号を生成することができるという効果を奏する。
【００６９】
前記光集積ユニットでは、前記第１の領域が、前記光軸を通る前記光ディスクのトラック方向に平行な第４の境界線により２分割されていることが好ましい。
【００７０】
上記の構成によれば、前記第１の領域が、前記光軸を通る前記光ディスクのトラック方向に平行な直線により２分割されているため、前記回折手段に入射する光束のラジアル方向へのずれを感度よく検出することができるという効果を奏する。
【００７１】
前記光集積ユニットでは、前記トラッキングエラー補正信号生成手段が、前記第１の領域において回折した＋１次回折光及び−１次回折光のそれぞれの前記光検出手段による検出結果に基づいてトラッキング誤差信号を生成することが好ましい。
【００７２】
上記の構成によれば、前記第１の領域において回折した＋１次回折光及び−１次回折光の両方をトラッキングエラー信号の補正信号の生成に用いるため、該補正信号の生成に用いる光束の光量を十分に確保することができる。そのため、安定してトラッキングエラー信号の補正信号を生成することができるという効果を奏する。
【００７３】
前記光集積ユニットでは、前記第３の領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいてフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段をさらに備えていてもよい。
【００７４】
上記の構成によれば、シングルナイフエッジ法によるフォーカスエラー信号の生成をすることができる。これにより、経時変化等による光学系の位置ずれに起因するフォーカスオフセットの影響を抑制でき、信頼性の高い光ピックアップ装置を提供できるという効果を奏する。
【００７５】
前記光集積ユニットでは、前記第３の領域及び前記外周領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいてフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段をさらに備えていてもよい。
【００７６】
上記の構成によれば、ダブルナイフエッジ法によるフォーカスエラー信号の生成をすることができる。これにより、経時変化等による光学系の位置ずれに起因するフォーカスオフセットの影響をさらに抑制でき、より信頼性の高い光ピックアップ装置を提供できるという効果を奏する。
【００７７】
前記光集積ユニットでは、前記内周領域及び前記外周領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいて球面収差誤差信号を生成する前記球面収差誤差信号生成手段をさらに備えることが好ましい。
【００７８】
上記の構成によれば、前記光ディスクにおいて反射した反射光の光軸に近い部分と周縁部分とから分離した光束の状態を検出することができるので、両者を比較することにより、光ディスクのカバーガラスの厚さが変化することにより発生する球面収差誤差を検出することができるという効果を奏する。
【００７９】
前記光集積ユニットでは、前記外周領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいて球面収差誤差信号を生成する前記球面収差誤差信号生成手段をさらに備えていてもよい。
【００８０】
上記の構成によれば、前記光ディスクにおいて反射した反射光の周縁部分から分離した光束の状態を検出することができるので、フォーカスエラーが発生していない状態において、球面収差誤差を検出できる。さらに、前記光検出手段において検出する光束の数が減るので、必要な受光部の数が減り、光集積ユニットの低コスト化に寄与することができる。
【００８１】
前記光集積ユニットでは、前記回折手段は、光ビームの偏光によって回折効率が変化する偏光特性を有しており、該偏光特性は、該回折手段において前記光源からの光束が回折しないように設定されていることが好ましい。
【００８２】
上記の構成によれば、前記回折手段が前記光源から前記光ディスクへ出射した光束を分離しないので、該光ディスクに照射される光束の光量の減少を避けることができるという効果を奏する。
【００８３】
本発明に係る光集積ユニットでは、前記第３の領域が、前記第１の境界線に平行な第３の境界線によって前記光軸を含む第４の領域と該光軸を含まない第５の領域とに分割されていてもよい。
【００８４】
上記の構成によれば、前記回折手段の第１の領域において回折した光束に加えて、前記回折手段の第５の領域において回折した光束を用いてトラッキングエラー信号の補正信号を生成することができる。これにより、前記補正信号を生成するために用いる光束の光量が増すため、安定してトラッキングエラー信号の補正信号を生成することができるという効果を奏する。
【００８５】
また、前記光集積ユニットでは、前記第１の境界線と前記第３の境界線との距離が、前記回折手段上に入射する光束の有効径半径の７０％以上であることが好ましい。
【００８６】
上記の構成によれば、前記第５の領域において回折した光束にプッシュプル信号が混入せず、トラッキングエラー信号の感度を高めることができるという効果を奏する。
【００８７】
前記光集積ユニットでは、前記第１の領域及び前記第５の領域において回折した光束の前記光検出手段による検出結果に基づいてトラッキングエラー信号の補正信号を生成するトラッキングエラー補正信号生成手段をさらに備えることが好ましい。
【００８８】
上記の構成によれば、前記第１の領域及び前記第５の領域において回折した光束を用いてトラッキングエラー信号の補正信号を生成することができる。前記第１の領域及び前記第５の領域において回折した光束には、前記プッシュプル信号に比べ、対物レンズシフトやディスクチルトにより発生するトラッキングエラー信号のオフセット信号が多く含まれている。従って、前記第１の領域及び前記第５の領域において回折した光束の検出結果を用いてトラッキングエラー信号を補正することにより、対物レンズシフトやディスクチルトにより発生するトラッキングエラー信号のオフセットを補正できる。さらに前記第１の領域において回折した光束のみを用いた場合に比べ、検出する光量が増すので、さらに安定してトラッキングエラー信号を生成することができるという効果を奏する。
【００８９】
前記光集積ユニットでは、前記第５の領域が、前記光軸を通る前記光ディスクのトラック方向に平行な第４の境界線により２分割されていることが好ましい。
【００９０】
上記の構成によれば、前記第５の領域が、前記光軸を通る前記光ディスクのトラック方向に平行な直線により２分割されているため、前記回折手段に入射する光束のラジアル方向へのずれを感度よく検出することができるという効果を奏する。
【００９１】
前記光集積ユニットでは、前記トラッキングエラー補正信号生成手段が、前記第１の領域および前記第５の領域において回折した＋１次回折光及び−１次回折光のそれぞれの前記光検出手段による検出結果に基づいてトラッキングエラー補正信号を生成することが好ましい。
【００９２】
上記の構成によれば、前記第１の領域及び前記第５の領域において回折した＋１次回折光及び−１次回折光の両方をトラッキングエラー信号の補正信号の生成に用いるため、該補正信号の生成に用いる光束の光量を十分に確保することができる。そのため、さらに安定してトラッキングエラー信号の補正信号を生成することができるという効果を奏する。
【００９３】
本発明に係る光ピックアップは、前記光集積ユニットを備えていることが好ましい。
【００９４】
上記の構成によれば、安定動作、小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。
【００９５】
本発明に係る光ピックアップはまた、少なくとも２つの対物レンズを備え、少なくとも２種の光ディスクに対して、少なくとも情報の記録または再生の何れか一つを行う光ピックアップにおいて、前記光集積ユニットを少なくとも１つ備えていることが好ましい。
【００９６】
上記の構成によれば、装置サイズの大型化しがちな多種類の光ディスクの再生・記録に対応する光ピックアップの小型・軽量化に寄与する。
【００９７】
また、少なくとも一つの前記光集積ユニットからの出射光が前記光ディスク上に結ぶ焦点が通過する直線が、該光ディスクのトラックに対して斜めに交わってもよい。
【００９８】
上記の構成では、前記光ディスクへ出射する光ビームを、トラッキングのために移動させる時に、少なくとも一つの前記光集積ユニットからの出射光が該光ディスク上に結ぶ焦点が通過する直線は、該光ディスクのトラックと斜めに交わる。ここで、トラッキングエラー信号の生成のために３ビームを用いる光集積ユニットからの出射光が前記光ディスク上に結ぶ焦点が通過する直線が、該光ディスクのトラックと直交しない場合、トラッキングエラー信号を正確に生成することができないという問題がある。上記の構成によれば、トラッキングエラー信号の生成のために１ビームを用いる光集積ユニットを用いるので、トラッキングエラー信号を正確に生成することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００９９】
本発明に係る光集積ユニットは光源と、光ディスクからの反射光を分離する回折手段と、回折手段により分離された複数の光束を検出する光検出手段とを備えており、該回折手段の分割形状が最適化されているので、光ディスクの再生・記録に必要な各種信号を安定して生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１００】
〔第１の実施の形態〕
図２は、本実施形態に係る光ピックアップ４０の概略構成を示す図である。同図に示すように、本実施形態に係る光ピックアップは、光集積ユニット１と、コリメータレンズ２と、対物レンズ３とを備えている。また、光ディスク４は、基板４ａと、光ビームが透過するカバー層４ｂと、基板４ａとカバー層４ｂとの境界に形成された記録層４ｃとによって構成されている。
【０１０１】
図３は、本実施形態に係る光集積ユニットを示す図である。なお、同図は、図示した光軸方向（ｚ方向）に直交するｙ方向から見た断面図である。同図に示すように、上記光集積ユニット１は、半導体レーザ１１（光源）と、受光素子１２（光検出手段）と、偏光ビームスプリッタ１４（導光手段）と、偏光ホログラム素子３２（回折手段）と、１／４波長板１６と、パッケージ１７とを備えている。
【０１０２】
光集積ユニット１に搭載された光源１１から出射した光ビーム２０は、コリメータレンズ２により平行光にされた後、対物レンズ３を介して光ディスク４に集光される。そして、光ディスク４から反射した光（以下、これを「戻り光」と呼ぶ）は、再び対物レンズ３とコリメータレンズ２を通過して、光集積ユニット１に搭載された受光素子１２上に受光される。
【０１０３】
対物レンズは、対物レンズ駆動機構（図示せず）によってフォーカス方向（ｚ方向）とトラッキング方向（ｘ方向）に駆動されるようになっており、光ディスク４の面振れや偏心があっても集光スポットが光ディスク４の情報記録層４ｃの所定位置を追従するようになっている。
【０１０４】
本実施の形態では、光集積ユニット１に光源１１として波長４０５ｎｍ程度の短波長光源を備え、対物レンズ３としてＮＡが０．８５程度の高ＮＡ対物レンズを備えた場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。但し、上記のような短波長光源および高ＮＡ対物レンズを備えることにより、高密度の記録再生が可能になる。
【０１０５】
次に、図３に基づいて、各構成部材の配置を説明する。なお、以下の説明において、説明の便宜上、偏光ビームスプリッタ１４における半導体レーザ１１から出射する光ビーム２０が入射する面を、偏光ビームスプリッタ１４の光ビーム入射面とし、偏光ビームスプリッタ１４における戻り光が入射する面を、偏光ビームスプリッタ１４の戻り光入射面とする。
【０１０６】
まず、半導体レーザ１１から出射する光ビームの光路と、受光素子１２に受光される戻り光の光路とが確保されるように、半導体レーザ１１の光ビーム出射部および受光素子１２の受光部は、パッケージ１７のキャップ１７ｃに形成された窓部１７ｄの領域に含まれるように配置されている。
【０１０７】
また、上記偏光ビームスプリッタ１４は、パッケージ１７上に配置されている。具体的には、上記偏光ビームスプリッタ１４の光ビーム入射面が、上記窓部１７ｄを覆うようにパッケージ１７上に配置されている。
【０１０８】
偏光ホログラム素子３２は、その光ビーム入射面が、上記偏光ビームスプリッタ１４の戻り光入射面に対向するように、かつ、半導体レーザ１１から出射する光ビームの光軸上に、配置されている。
【０１０９】
偏光ビームスプリッタ１４は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）面１４ａ（光学面）と、反射ミラー１４ｂ（反射面）とを有している。
【０１１０】
本実施の形態における上記ＰＢＳ面１４ａは、図示した光軸方向（ｚ方向）に直交するｘ方向の偏光振動面を有する直線偏光（Ｐ偏光）を透過し、該偏光振動面に垂直な偏光振動面を有する、すなわち、図示した光軸方向（ｚ方向）に直交するｙ方向の偏光振動面を有する直線偏光（Ｓ偏光）を反射するような特性をもつ。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、上記特性を変更することもできる。
【０１１１】
上記ＰＢＳ面１４ａは、上記半導体レーザ１１から出射されたＰ偏光を有する光ビームの光軸上に、該光ビーム２０が透過するように配置されている。上記反射ミラー１４ｂはＰＢＳ面１４ａに対して平行になるように配置されている。
【０１１２】
偏光ホログラム素子３２は光ビーム２０の光軸上に配置されており、Ｓ偏光を回折させてＰ偏光を透過させる。偏光の回折は、偏光ホログラム素子３２に形成された溝構造（格子）によって行われ、回折角度は、上記格子のピッチ（以下、これを格子ピッチとよぶ）によって規定される。
【０１１３】
次に本実施形態における光ビームの光路について詳しく説明する。
【０１１４】
半導体レーザ１１は、上述したように、波長λ＝４０５ｎｍの光ビーム２０を出射するものを使用している。さらに、本実施の形態では、前記光ビーム２０は、図示した光軸方向（ｚ方向）に直交するｘ方向の偏光振動面を有する直線偏光（Ｐ偏光）である。半導体レーザ１１から出射された光ビーム２０は、偏光ビームスプリッタ１４に入射する。
【０１１５】
ＰＢＳ面１４ａに入射した上記光ビーム２０（Ｐ偏光）は、ＰＢＳ面１４ａをそのまま透過する。ＰＢＳ面１４ａを透過した上記光ビーム２０は、次に、偏光ホログラム素子３２に入射する。
【０１１６】
偏光ホログラム素子３２は、入射した光のうち、Ｓ偏光は回折させ、Ｐ偏光はそのまま透過させる。具体的には、偏光ホログラム素子３２は、入射したＳ偏光を、０次回折光（非回折光）と、１次回折光（回折光）とに回折する。
【０１１７】
すなわち、半導体レーザ１１を出射したＰ偏光の光ビーム２０は、偏光ホログラム素子３２に入射し、そのまま透過する。偏光ホログラム素子３２を透過したＰ偏光の光ビーム２０は、上記１／４波長板１６に入射する。なお、偏光ホログラム素子３２の詳細なホログラムパターンについては、後述する。
【０１１８】
上記１／４波長板１６は、直線偏光を入射し、円偏光に変換して出射することができる。したがって、１／４波長板１６に入射したＰ偏光の光ビーム２０（直線偏光）は、円偏光の光ビームに変換されて、光集積ユニット１から出射する。
【０１１９】
光集積ユニット１から出射した円偏光の光ビームは、コリメータレンズにより平行光にされた後、対物レンズを介して光ディスクに集光される。そして、光ディスクによって反射された光ビームは、すなわち戻り光は、再び対物レンズとコリメータレンズを通過して、再び光集積ユニット１の上記１／４波長板１６に入射する。
【０１２０】
光集積ユニット１の１／４波長板１６に入射する上記戻り光は円偏光であり、該１／４波長板１６によって、図示した光軸方向（ｚ方向）に対してｙ方向の偏光振動面を有する直線偏光（Ｓ偏光）に変換される。Ｓ偏光の戻り光は、偏光ホログラム素子３２に入射する。
【０１２１】
偏光ホログラム素子３２に入射したＳ偏光の戻り光は、上述したように、０次回折光（非回折光）と、１次回折光（回折光）とに回折されて出射する。該回折されたＳ偏光の戻り光（０次回折光および１次回折光）は、上記偏光ビームスプリッタ１４に入射し、上記ＰＢＳ面１４ａによって反射され、反射ミラー１４ｂによってさらに反射されて偏光ビームスプリッタ１４から出射する。偏光ビームスプリッタ１４から出射した該Ｓ偏光の戻り光は、上記受光素子１２に受光される。なお、上記受光素子１２の受光部パターンについては、後述する。
【０１２２】
なお、本発明に係る光集積ユニットは、上記偏光ビームスプリッタ１４に限定されるものではなく、上述したように、半導体レーザ１１から出射した光ビーム２０を透過でき、光情報記録媒体によって反射した戻り光を上記半導体レーザ１１とは異なる方向へ導き、該戻り光の光路を変えることができ、該戻り光を上記受光素子１２に受光させることができる構成であればよい。したがって、偏光ビームスプリッタ以外にも光学面１４ａをハーフミラー面としたビームスプリッタを用いることもできる。
【０１２３】
図４は、偏光ホログラム素子３２に形成されるホログラムパターンを示した模式図である。同図に示すように、偏光ホログラム素子３２のホログラムパターンは、７つの領域３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇから構成される。
【０１２４】
これらの領域を分割する分割線として、光軸ＯＺを通るラジアル方向に延びた直線Ｄ１（第１の境界線）、直線Ｄ１に平行な直線Ｄ６およびＤ６’（第２および第３の境界線）、光軸ＯＺを通るトラック方向に延びた直線Ｄ８（第４の境界線）上の直線Ｄ７およびＤ７’、分割線Ｄ２がある。
【０１２５】
直線Ｄ６およびＤ６’は、直線Ｄ１に対して対称の位置にあるが、これに限定されない。但し、直線Ｄ６と直線Ｄ１との距離ｈ３、および、直線Ｄ６’と直線Ｄ１との距離ｈ３’は、光ビーム２０の有効径の半径ｒ１の７０％以上の距離（ｈ３≧０．７ｒ１、ｈ３’≧０．７ｒ１）に設定されていることが好ましい。
【０１２６】
ここで、直線Ｄ１と直線Ｄ６’によって挟まれた領域が領域３２ｃ（第４の領域）である。
【０１２７】
また、光軸ＯＺから見て直線Ｄ６の外側にある領域（第１の領域）を、直線Ｄ８上の線分Ｄ７によって分割したものが領域３２ｇおよび３２ｄである。同様に、光軸ＯＺから見て直線Ｄ６’の外側にある領域（第５の領域）を、直線Ｄ８上の線分Ｄ７’によって分割したものが領域３２ｆおよび３２ｅである。
【０１２８】
領域３２ａ（内周領域）と領域３２ｂ（外周領域）とは、直線Ｄ１と直線Ｄ６とによって囲まれた領域（第２の領域）を、分割線Ｄ２によって分割したものである。光軸Ｏｚから見て、領域３２ａは内周側であり、領域３２ｂは外周側である。なお、領域３２ａは光軸Ｏｚを含む。
【０１２９】
分割線Ｄ２は、その中央部において、偏光ホログラム素子３２の外周側へと突出しており（膨らんでおり）、該突出部の頂き（直線Ｄ５（後述））がラジアル方向にほぼ平行となっている。
【０１３０】
より詳細には、分割線Ｄ２は、直線Ｄ８に関して互い対称になるように、ホログラム素子２の両端部に位置する、ラジアル方向と平行な一対の線分Ｄ３（第１の線分）およびＤ３’（第５の線分）と、これらの直線Ｄ３の光軸ＯＺ側の端点Ａから直線Ｄ８に対して傾斜して、それぞれ直線Ｄ１から離れる方向、かつ、直線Ｄ８に接近する方向に延び、直線Ｄ８に関して、軸対称である、一対の線分Ｄ４（第２の線分）およびＤ４’（第４の線分）と、これらの線分Ｄ４・Ｄ４’における端点Ａとは反対側の端点Ｂ同士を繋いで形成される線分（膨らみの頂き）Ｄ５（第３の線分）とから成っている。
【０１３１】
すなわち、線分Ｄ４と線分Ｄ５とにより上記の突出部を形成している。なお、線分Ｄ４は、ここでは、直線としているが、直線に限られず、湾曲した線分であってもよい。つまり、突出部は、分割線Ｄ２の中央部から膨らんでおり、その膨らみの頂き（線分Ｄ５）がラジアル方向に平行であれば、特に形状は問わない。
【０１３２】
さらに、線分Ｄ５は、一対の線分Ｄ３よりも直線Ｄ１から離れて位置すること(ｈ２＞ｈ１)が好ましい。
【０１３３】
また、線分Ｄ４の直線Ｄ８に対する傾斜角度θは、４５度（θ＝４５ｄｅｇ）になっていることが好ましく、線分Ｄ４’の直線Ｄ８に対する傾斜角度θは、−４５度（θ＝−４５ｄｅｇ）になっていることが好ましい。
【０１３４】
なお、ｈ２＞ｈ１、θ=±４５ｄｅｇ、ｈ３≧０．７ｒ１という条件については、後に説明する。
【０１３５】
次に、偏光ホログラム素子３２の分割パターンと受光素子１２の受光部パターンの関係を説明する。
【０１３６】
図１および図５は、受光素子１２上の光ビームの集光状態を示す図である。両図に示すように、受光素子１２は１２ａ〜１２ｎの１４個の受光部により構成されている。また、図１（ａ）では、偏光ホログラム素子３２の７つの領域３２ａ〜３２ｇと１次回折光の進行方向の関係も示している。なお、実際は、偏光ホログラム素子３２の中心位置は、受光部１２ａ〜１２ｄの中心位置に対応する位置に設置されるが、説明のため、光軸方向（ｚ方向）に対してｙ方向にずらして図示している。
【０１３７】
光ディスク４からの前記戻り光は、偏光ホログラム素子３２において非回折光（０次回折光）５５と回折光（１次回折光）に分離される。受光素子１２は、非回折光５５および回折光のうち、情報信号やサーボ信号の検出に必要な光ビームを受光するための受光部を備えている。
【０１３８】
具体的には、偏光ホログラム素子３２の１つの非回折光（０次回折光）５５と、１１個の１次回折光の合計１２個のビームを各受光部において検出し、各種信号を生成する。本実施の形態では、プッシュプル法によるＴＥＳ検出のため、上記非回折光（０次回折光）５５のビーム径がある程度の大きさを有するように、受光素子１２を、非回折光５５の集光点に対して若干奥側にずらした位置に設置している。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、受光素子１２を非回折光５５の集光点に対して手前側にずらした位置に設置するものであってもよい。
【０１３９】
このように、ある程度の大きさの光ビーム径を有した光ビーム（非回折光５５）が受光部１２ａ〜１２ｄの境界部に集光されるので、これらの４つの受光部（１２ａ〜１２ｄ）の出力が等しくなるように調整することにより、非回折光５５と受光素子１２の位置調整が可能である。
【０１４０】
偏光ホログラム素子３２の各領域３２ａ、３２ｂ、３２ｃからの＋１次回折光はそれぞれ２分割受光部（１２ｉおよび１２ｊ）、（１２ｋおよび１２ｌ）、（１２ｍおよび１２ｎ）上に入射する。−１次光は図示しないが、受光部に入射しないように各受光部は配置されている。
【０１４１】
領域３２ｄ、３２ｅからの＋１次回折光および−１次回折光は、それぞれ非回折光５５の光軸に対して点対称な位置に配置されている１２ｆおよび１２ｈに入射する。
【０１４２】
領域３２ｆ、３２ｇからの＋１次回折光および−１次回折光は、それぞれ非回折光５５の光軸に対して点対称な位置に配置されている１２ｅおよび１２ｇに入射する。
【０１４３】
サーボ信号は以下のように生成される。なお、受光部１２ａ〜１２ｎの出力信号をＳａ〜Ｓｎと表す。
【０１４４】
情報信号（ＲＦ）は、非回折光５５を用いて検出する。すなわち、
ＲＦ＝Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｄ
によって与えることができる。当業者は、上記式に基づいて周知の回路技術を適用すれば、ＲＦを生成する回路を作製できることを、容易に理解する。
【０１４５】
ＤＰＤ法によるトラッキング誤差信号（ＴＥＳ１）は、Ｓａ〜Ｓｄの位相比較を行うことにより検出される。具体的には、以下の原理が利用される。
【０１４６】
光ディスク４の記録層４ｃに形成されたピット列を対物レンズ３により集光された光ビームが走査する場合、ピット列と光ビームの位置関係により反射ビームの強度分布パターンが変化する。そこで、（Ｓａ＋Ｓｃ）と（Ｓｂ＋Ｓｄ）を検出すると、光ビームがピット列の中央を走査している場合には同位相であるのに対して、光ビームがピット列の中央からずれた位置を走査している場合には、ずれの方向により逆方向となる位相差が生じる。したがって、（Ｓａ＋Ｓｃ）と（Ｓｂ＋Ｓｄ）の位相差を検出することによりトラッキング誤差信号が得られる。
【０１４７】
ＰＰ法によるトラッキング誤差信号（ＴＥＳ２）は、メインプッシュプル信号(ＭＰＰ)と対物レンズシフトや光ディスクチルトにより発生するトラッキングオフセットを補正するトラッキングエラー補正信号（ＴＥＳ３）の演算により得られる。すなわち、
ＭＰＰ＝（Ｓａ＋Ｓｂ）−（Ｓｃ＋Ｓｄ）
ＴＥＳ３＝（Ｓｅ＋Ｓｇ）−（Ｓｆ＋Ｓｈ）
ＴＥＳ２＝ＭＰＰ−α×ＴＥＳ３
によって与えられる。なお、ここで、αは対物レンズシフトや光ディスクチルトによるオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。当業者は、上記式に基づいて周知の回路技術を適用すれば、ＴＥＳ３を生成する回路（トラッキングエラー補正信号生成手段）を作製することができることを、容易に理解する。ＭＰＰ、ＴＥＳ２を生成する回路についても同様である。また、以上の回路は、光集積ユニット１が備えるものであってもよいが、これに限定されない。すなわち、これらの回路は、光ピックアップ４０に備えられていればよい。後述するＦＥＳを生成するための回路（フォーカスエラー信号生成手段）およびＳＡＥＳを生成するための回路（球面収差誤差信号生成手段）についても同様である。
【０１４８】
なお、前述したように、領域３２ｄおよび３２ｅ（第１の領域）、または、領域３２ｆおよび３２ｇ（第５の領域）において回折された光ビームは、全く同じ受光素子によって検出される。従って、例えば、領域３２ｇと領域３２ｄとにおいて回折した光ビームのみを検出する構成であったとしても、本実施形態と同様なトラッキングエラー信号の補正信号を生成することができる。但し、本実施形態のように、複数の領域を用いた方が、検出する光量が増し、より安定にトラッキングエラー信号の補正信号を生成することができる。
【０１４９】
また、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）は、ダブルナイフエッジ法を用いて検出することができる。すなわち、ＦＥＳは、
ＦＥＳ＝（Ｓｍ−Ｓｎ）−β（Ｓｋ−Ｓｌ）
によって与えられる。βは光量の差により発生するオフセットを補正するための係数である。
【０１５０】
なお、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）を、シングルナイフエッジ法を用いて検出することもできる。その場合ＦＥＳは、
ＦＥＳ＝（Ｓｍ−Ｓｎ）
によって与えられる。
【０１５１】
当業者は、上記の式に基づいて周知の回路技術を適用すれば、ＦＥＳを生成する回路（フォーカスエラー信号生成手段）を作製できることを、容易に理解する。
【０１５２】
図１（ａ）は、光ディスク４のカバー層４ｂの厚みによって、対物レンズ３による集光ビームに球面収差が発生しないように、コリメータレンズ２の光軸方向の位置調整がなされている状態で記録層上に合焦状態に集光している場合の、受光素子１２上における光ビームの集光状態を示す図である。すなわち、球面収差誤差およびフォーカス誤差は発生していない。
【０１５３】
図１（ａ）に示すように、合焦状態では、ＦＥＳは検出されない。
【０１５４】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の状態から、対物レンズ３が光ディスク４に近づいた場合の、受光素子１２上の光ビームを示している。対物レンズ３が光ディスク４に近づくことによって、光ビームのビーム径が大きくなる。しかしながら、受光部１２からの光ビームのはみ出しは発生していない。
【０１５５】
図１（ｂ）に示すように、焦点ずれが生じた状態では、ダブルナイフエッジ法またはシングルナイフエッジ法を用いた場合のどちらでも、ＦＥＳが検出される。
【０１５６】
次に、球面収差誤差信号（ＳＡＥＳ）の検出について説明する。
【０１５７】
前述したように、本実施の形態における光ピックアップ装置は、光集積ユニット１に波長４０５ｎｍ程度の短波長光源１１と、対物レンズにＮＡが０．８５程度の高ＮＡ対物レンズ３を搭載し、高密度の記録再生が可能になっている。本実施の形態を含め、光ディスクの記録密度を大きくするためには、レーザ光を短波長化することと、対物レンズの開口数ＮＡを大きくすることが必要である。例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）に比較して高密度化が図られたＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）では、開口数ＮＡが０．６の対物レンズと、波長が６５０ｎｍのレーザ光を用いて大容量化を実現している。さらに、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）では、開口数ＮＡが０．８５の対物レンズと、波長が４０５ｎｍのレーザ光を用いてさらなる大容量化を実現している。しかし、大容量化が図られた光ディスクでは、対物レンズの開口数ＮＡが大きくなるに従って、収差の影響が問題となる。
【０１５８】
光ディスクの記録領域にレーザ光が照射された際に、情報が記録された記録層上に照射されるレーザ光が透過される距離であるレーザ光の入射面と記録層との間のカバー層の厚さｔ（以下、ディスク基板厚さｔと称する）の誤差によって発生する球面収差は、開口数ＮＡの４乗に比例して増加する。この球面収差を抑制するためには、ディスク基板厚さｔの寸法公差を小さくすることが効果的である。例えば、レーザ光の波長が７８０ｎｍ、開口数ＮＡが０．４５であるＣＤのディスク基板厚さｔの寸法公差は±１００μｍ、レーザ光の波長が６５０ｎｍ、開口数ＮＡが０．６であるＤＶＤのディスク基板厚さｔの寸法公差は±３０μｍであるのに対して、本実施の形態と同様、レーザ光の波長が４０５ｎｍ、開口数ＮＡが０．８５である次世代高密度光ディスクのディスク基板厚さｔの寸法公差は±３μｍになる。このように、大容量化が図られるに従って、ディスクの製作精度は加速度的に厳しくなる。
【０１５９】
しかし、ディスク基板厚さｔの誤差は光ディスクの製造方法に依存するため、ディスク基板厚さｔの寸法精度を高めることが非常に困難であるという問題がある。また、ディスク基板厚さｔの寸法精度を高めることは、光ディスクの製造コストを増加させてしまうという不都合がある。したがって、光ピックアップ装置に、光ディスクを再生する際に生じる球面収差を補正する機能を有することが求められる。
【０１６０】
一般的には、ビームエキスパンダ等のレンズを機械的に移動させることにより球面収差補正が行われる。この球面収差補正を正確かつ高速に行うために、球面収差補正の目標となる球面収差誤差信号の検出が必要になる。
【０１６１】
本実施の形態においても、カバー層４ｂの厚み誤差により生じる球面収差を補正するために、コリメータレンズ２をコリメータレンズ駆動機構（図示せず）により光軸方向に位置調整をするか、コリメータレンズ２と対物レンズ３の間に配置した２枚のレンズ群により構成されるビームエキスパンダ（図示せず）をビームエキスパンダ駆動機構（図示せず）の間隔調整をするようになっている。
【０１６２】
このような駆動機構を制御する球面収差補正信号の検出には、様々な方法が提案されている。例えば、戻り光をホログラム素子により２つの光ビームに分離して、２つの光ビームの焦点位置に基づいて球面収差誤差信号を検出する方法がある（特許文献１を参照）。
【０１６３】
本実施の形態においても、球面収差誤差信号（ＳＡＥＳ）は内外周に分離した光ビーム
からの検出信号を用いて検出する。すなわち、領域３２ａおよび領域３２ｂにおいて回折した光ビームの受光素子１２による検出結果を用いてＳＡＥＳは、
ＳＡＥＳ＝（Ｓｋ−Ｓｌ）−ｋ（Ｓｉ−Ｓｊ）
によって与えられる。なお、ここで、ｋはＳＡＥＳのオフセットをキャンセルするのに最適な係数に設定される。
【０１６４】
なお、ＳＡＥＳは、外周領域（領域３２ｂ）において回折した光ビームのみを用いて検出することもできる。その場合、ＳＡＥＳは、
ＳＡＥＳ＝（Ｓｋ−Ｓｌ）によって与えられる。このとき、受光部１２ｉ、１２ｊが不要となり、信号検出に必要な受光素子の数が減り、光集積ユニットの低コスト化に寄与することができる。但し、図１（ｂ）に示すような、球面収差誤差が発生していなく、焦点ずれのみが発生している場合にもＳＡＥＳを検出してしまうという問題点がある。
【０１６５】
なお、当業者は、上記式に基づいて周知の回路技術を適用すれば、ＳＡＥＳを生成する回路（球面収差誤差信号生成手段）を作製できることを、容易に理解する。
【０１６６】
図５（ａ）、図５（ｂ）は球面収差光ディスクのカバー層の厚み誤差の影響により対物レンズの集光ビームに球面収差が発生している状態において、光ディスクが対物レンズの焦点に位置している場合の受光素子１２上における光ビームの形状を説明する図である。球面収差が残存するため、内周側ビーム（領域３２ａにおいて回折した光ビーム）と外周側ビーム（領域３２ｂにおいて回折した光ビーム）が分割線に対して逆方向に大きくなっている。これは、図５（ａ）と図５（ｂ）とにおいて球面収差の発生方向（厚み誤差の符号）が異なるためである。また、図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるように、図に示された状態では、ＳＡＥＳは前記のどちらの式を用いても検出することができる。
【０１６７】
以上のように、上記光集積ユニット１を用いることにより、上記偏光回折素子１６には上記偏光ビームスプリッタ１４を透過した光ビームが入射し、かつ、上記受光素子１２には、偏光回折素子３２によって回折されて、偏光ビームスプリッタ１４を通過した上記戻り光が受光され、各信号が生成される。
【０１６８】
次に偏光ホログラム素子３２上の領域の最適な分割形状について説明する。
【０１６９】
本実施形態に係る光ピックアップ４０では、対物レンズ３を光ディスク４のラジアル方向（半径方向）に移動させることにより、光ディスク４の情報記録層４ｃに形成されたトラック上に光ビームを常に集光させている。すなわち、トラッキング制御を行っている。
【０１７０】
ここで、偏光ホログラム素子３２と対物レンズ３とが一体に形成されている場合は、光ビームの中心と偏光ホログラム素子３２の中心とが常に一致する。しかしながら、偏光ホログラム素子３２と対物レンズ３とが独立して光ピックアップに備えられている場合、トラッキング制御時に、光ビームの中心と、偏光ホログラム素子３２の中心とが一致しない状況が生じる。
【０１７１】
ここで、図１６に示す特許文献１に記載の偏光ホログラム素子１３２では、光ビームがラジアル方向にずれると、当該光ビームが入射するホログラム素子上の領域が変化する場合がある。例えば、本来偏光ホログラム素子３２の領域３２ａにおいて回折されるはずの光ビームの一部が領域３２ｂにおいて回折されたり、本来偏光ホログラム素子３２の領域３２ｂにおいて回折されるはずの光ビームの一部が領域３２ａにおいて回折されたりする。これに伴い、各領域において回折された光ビームが本来受光されるべき受光部とは異なる受光部に受光される。
【０１７２】
以上のように、偏光ホログラム素子１３２では、光ビームの中心とホログラム素子の中心とのずれのが、光検出器の各受光部からの電気信号に影響を与える。そのため、球面収差量が一定であっても、上記のずれ量によってＳＡＥＳが変化する。従って、このＳＡＥＳに基づいて球面収差を補正しても、適切な補正ができないという問題がある。光ビームの中心（光軸）が光ディスクのラジアル方向へずれることによるＳＡＥＳへの影響を極力抑えるためには、ラジアル方向に平行な直線による分割形状を使用すればよい。
【０１７３】
ここで、偏光ホログラム素子１３２との比較のために、図６に示すトラッキングエラー補正信号生成領域（３２ｄ〜３２ｇ）を有しない形状のホログラム素子３２’について検討を行う。
【０１７４】
図７（ａ）は、ホログラム素子３２’を用いた場合の、ＳＡＥＳと光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。また、図７（ｂ）は、図１６に示す偏光ホログラム素子１３２を用いた場合の、ＳＡＥＳと光ディスクのカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。
【０１７５】
なお、偏光ホログラム素子１３２の分割半径ｒ１１は、光ビーム２０の有効径の半径ｒ１０としたとき、ｒ１１＝０．７ｒ１０とする。また、本実施例に係る偏光ホログラム素子３２およびの分割線（直線Ｄ３）の位置（直線Ｄ１からの距離）ｈ１は、ｈ１＝０．３ｒ１、偏光ホログラム素子３２の分割線（線分Ｄ４）の直線Ｄ１からの距離ｈ２は、ｈ２＝０．６ｒ１とするが、これに限定されるものではない。
【０１７６】
図７（ａ）（ｂ）では、ホログラム素子の中心と光ビームの中心とのラジアル方向へのずれ量が０μｍおよび３００μｍのときのそれぞれのＳＡＥＳとカバーガラスの厚さ変化との関係を示している。なお、対物レンズのアパーチャにより規定される光ビームの有効径の半径は、１．５ｍｍとする。従って、３００μｍは、有効径の半径の２０％に相当する。なお、これは上記光ビームの有効系を限定するものではない。
【０１７７】
上記図７（ａ）に示すグラフから、ホログラム素子３２’の分割線によって光ビームを分離した場合、ホログラム素子と光ビームの中心とが３００μｍずれても、ＳＡＥＳの影響はほとんどないことが分かる。
【０１７８】
しかしながら、図７（ｂ）に示すように、偏光ホログラム素子１３２の分割線によって光ビームを分割した場合は、ホログラム素子の中心と光ビームの中心とのずれによって、明らかに、ＳＡＥＳが影響を受けることが分かる。
【０１７９】
図４に示す本実施形態に係る偏光ホログラム素子３２および図６に示すホログラム素子３２’は、突出部以外の部分（両端部；直線Ｄ３、Ｄ３’）と、突出部における頂きに位置する直線Ｄ５と、がラジアル方向に平行な直線であるため、トラッキング制御によって対物レンズシフトが発生して、ホログラム素子の中心と光ビームの中心とがずれても、光ビームが別の分割領域において回折されることが少なく、ＳＡＥＳの検出感度の変化が小さい（図７（ａ）参照）。従って、図４および図６に示したホログラム素子が優れていることが分かる。
【０１８０】
さらに、分割線Ｄ２は、直線Ｄ８に対して傾斜した線分Ｄ４を一部に有しているため、偏光ホログラム素子３２は、光軸ＯＺを中心とする半円に近い形の分割パターンとなる。これにより、検出感度の大きい半円の内側と外側の差動出力に近い球面収差誤差演算が可能なため、感度の絶対値が大きいＳＡＥＳを検出することができる。
【０１８１】
以上から、図６に示す形状のホログラム素子３２’が対物レンズシフト発生時にもＳＡＥＳの検出感度の変化が少なく、ＳＡＥＳの検出感度の絶対値が大きい、という条件を満たすことが分かる。本実施の形態である図４に示す偏光ホログラム素子３２は、図６に示すホログラム素子３２’と比較して領域３２ｄ、３２ｇをトラッキングエラー補正信号に用い、ＳＡＥＳの検出に用いないため、図６に示すホログラム素子３２’よりもＳＡＥＳの検出感度の絶対値は小さくなるが、分割線Ｄ５がラジアル方向に平行であるため対物レンズシフト発生時の検出感度変化はほとんどないことが分かる。
【０１８２】
偏光ホログラム素子３２の分割線Ｄ２を図１６に示す偏光ホログラム素子１３２の分割線Ｄ１０１に近似させるためには、ｈ２＞ｈ１、θ=±４５ｄｅｇ、とすることが望ましい。上記の条件を満たすことによって、偏光ホログラム素子３２の分割線と偏光ホログラム素子１３２の分割線とが近似することが視覚上明らかであるが、以下、この関係が望ましい理由について実験結果を用いて説明する。
【０１８３】
図８は、図６における傾斜角度θを±４５ｄｅｇ、±９０ｄｅｇ（ｈ１＝０．３ｒ１、ｈ２＝０．６ｒ１、ｌ１＝０．６ｒ）にした場合の、ＳＡＥＳと光ディスクのカバーガラスの厚さ変化（μｍ）との関係を示すグラフである。同図から分かる通り、傾斜角度θを±４５ｄｅｇにすることによって、ＳＡＥＳの検出感度の絶対値が大きくなる。従って、傾斜角度θを±４５ｄｅｇにすることが好ましい。
【０１８４】
さらに、偏光ホログラム素子３２のトラッキングエラー補正信号生成用領域３２ｄ〜３２ｇを分割する直線Ｄ６と直線Ｄ１との距離ｈ３はｈ３≧０．７ｒ１であることが望ましい。この条件が望ましい理由について説明する。
【０１８５】
光ディスクのトラックに入射した光はディスクトラックより非回折光、±１次回折光に分離される。非回折光と１次回折光は干渉し、偏光ホログラム素子３２上では図８に示すような干渉パターンを形成する。プッシュプッシュル法では上述したＭＰＰの演算により非回折光・＋１次回折光と非回折光・−１次回折光の干渉領域の光量の差（プッシュプル信号）を演算し、対物レンズ駆動機構に演算結果をフィードバックする。対物レンズ駆動機構はこの光量差が０になるように（光ディスク上に集光するビームが所望のトラックの中心にあるように）、対物レンズをラジアル方向に駆動する。一方、トラッキングエラー補正信号ＴＥＳ３は、対物レンズのラジアル方向シフトやディスクチルトに起因して、偏光ホログラム素子３２上においてビーム２０がラジアル方向に位置ずれすることにより発生するオフセットを補正するための信号であり、非回折光と±１次回折光の干渉領域の成分であるプッシュプル信号が混入しないことが好ましい。ＴＥＳ２の演算式から分かるように、トラッキングエラー補正信号ＴＥＳ３にプッシュプル信号が混入すると、ＴＥＳ２の信号振幅が減少し、トラッキングエラー検出に支障を生じるおそれがある。
【０１８６】
図１０は、ｈ３＝０．４ｒ１、０．５ｒ１、０．６ｒ１、０．７ｒ１のときの対物レンズのラジアル方向シフト時のトラッキングエラー信号ＴＥＳ２の信号振幅の関係を示す図である。同図に示すようにｈ３＝０．６ｒ１、０．７ｒ１の時は信号振幅の減少がなく、トラッキングエラー補正信号にプッシュプル信号が混入していないことが分かる。一方、ｈ３＝０．４ｒ１、０．５ｒ１の時は信号振幅が減少していることが分かる。従って、偏光ホログラム素子３２の分割線Ｄ１とＤ６との距離ｈ３は入射する光ビームの半径ｒ１に対してｈ３≧０．６ｒ１であればＴＥＳ２の信号振幅の減少を防止し、安定したトラッキングエラー信号を得ることができる。
【０１８７】
また、本発明に係る光ピックアップでは、少なくとも領域３２ｂにおける回折光を用いて球面収差誤差信号ＳＡＥＳを検出している。ｈ３を変化させると、領域３２ｂの形状が変化するために、ＳＡＥＳの検出感度も変化する。図１１は、ｈ３が０．５ｒ１、０．６ｒ１、０．７ｒ１、０．８ｒ１、０．９ｒ１及びｒ１である場合に、ＳＡＥＳがとる値を計算した結果を示すグラフである。なお、同図に示す結果においてＳＡＥＳは、領域３２ｂにおける回折光のみを用いて検出している。同図に示すように、ｈ３≧０.７ｒ１では、ＳＡＥＳの検出感度はほとんど劣化しない。一方、ｈ３≦０．６ｒ１では、ｈ３＝ｒ１の場合と比較して検出感度が半分以下にまで劣化する。よって、球面収差誤差信号の検出感度の劣化を抑制するためには、ｈ３≧０．７ｒ１であることが望ましい。
【０１８８】
以上より、ｈ３≧０．７ｒ１とすることにより、トラッキングエラー信号振幅を確保しかつ球面収差誤差信号の検出感度を確保し、光ピックアップの安定動作を実現することができる。
【０１８９】
以上、光ディスクからの戻り光の利用効率が高く、戻り光の半導体レーザへの再入射を防止する構成の光集積ユニットであって、該光集積ユニットが備える回折手段が、対物レンズシフト時に発生するトラッキングエラー信号のオフセットを補正するトラッキングエラー補正信号と、球面収差誤差信号とを生成することが可能な分割形状を有し、前記回折手段の分割形状を最適化することにより、トラッキングエラー補正信号の信号光量を確保し、かつ、球面収差誤差信号の検出感度の絶対値を大きく（信号品質を確保）することが可能であり、トラッキング制御時に集光光学系が移動した場合においても、球面収差誤差信号の検出感度の変化が発生しないような光集積ユニットを提供した。
【０１９０】
〔第２の実施の形態〕
本発明の他の実施形態について、図１２および図１３に基づいて説明する。本実施形態では、光集積ユニット１の構成は第１の実施形態と同じである。そのため、光集積ユニット１の説明を省略し、光集積ユニット１を搭載した光ピックアップ４１の構成について説明する。
【０１９１】
図１２は本実施形態の光ピックアップ４１の構成を示す概略平面図である。光ピックアップ４１は、多種ディスク（ＢＤ・ＤＶＤ・ＣＤ）対応の光ピックアップ装置である。同図に示すように、光ピックアップ４１は、光集積ユニット１、コリメータレンズ３および３５、ダイクロイックミラー３６、ＢＤ用立ち上げミラー５２、ＢＤ用対物レンズ５３、ＤＶＤ・ＣＤ用半導体レーザ３３、偏光ビームスプリッタ３４ＤＶＤ・ＣＤ用立ち上げミラー３７、ＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ５４、集光レンズ３８、並びに、ＤＶＤ・ＣＤ用受光素子３９より構成される。なお、同図は各部材を重ねて記載しているが、紙面の最も手前側に光ディスク４（図示せず）、その奥にＢＤ用対物レンズ５３及びＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ５４、紙面の最も奥側にその他の部材が配置されている。但し、各部材の配置はこれに限るものではない。
【０１９２】
ダイクロイックミラー３６及びＤＶＤ・ＣＤ用立ち上げミラー３７は、波長４０５ｎｍ帯の光を透過し、６５０ｎｍ及び７８０ｎｍ帯の光を反射するように形成されている。
【０１９３】
一般的に、光ピックアップにおいては、光ディスク上の所望のトラックの情報を読み取るために、対物レンズが光ディスクのラジアル方向（ｘ方向）に駆動される。光ピックアップ４１では、ＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ５４は、光ディスクの中心Ｏを通るラジアル方向の直線６０上に、ＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ５４の中心Ｏ１がｙ軸方向から見て一致するように駆動される。すなわち、ＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ５４の焦点が、直線６０上にあるように駆動される。また、ＢＤ用の対物レンズ５３はＤＶＤ・ＣＤ用の対物レンズ５４からはトラック方向（ｚ方向）にずれた位置に設置されている。
【０１９４】
次に、光ピックアップ４１の動作について説明する。光集積モジュール１はＢＤ用の波長４０５ｎｍの光ビームＪを出射する。光ビームＪはコリメータレンズ３により平行光とされ、ダイクロイックミラー３６、及びＤＶＤ・ＣＤ用立ち上げミラー３７を透過する。その後ＢＤ用立ち上げミラー５２により図１２の紙面に対して垂直な方向（−ｙ方向）に反射され、ＢＤ用対物レンズ５３により光ディスク４（図示せず）上に集光する。光ディスク４によって反射された光ビームＪは往路と逆方向に進行し、光集積ユニット１に設置された受光素子１２にて検出される。このようにしてＢＤへの再生・記録が行われる。
【０１９５】
一方、ＤＶＤ・ＣＤ用半導体レーザ３３は、ＤＶＤ用の波長６５０ｎｍ、ＣＤ用の波長７８０ｎｍの光ビームを出射することが可能である。ＤＶＤ・ＣＤ用半導体レーザ３３から出射された光ビームＫ（ＤＶＤ再生・記録時は６５０ｎｍ、ＣＤ再生・記録時には７８０ｎｍの光ビーム）は偏光ビームスプリッタ３４を透過し、コリメータレンズ３５により平行光とされる。その後ダイクロイックミラー３６により反射され、ＤＶＤ・ＣＤ用立ち上げミラー３７により紙面に対して垂直な方向（−ｙ方向）に反射され、ＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ５４により光ディスク４上に集光する。光ディスク４により反射された光ビームＫは、対物レンズ５４、ＤＶＤ・ＣＤ用立ち上げミラー３７、ダイクロイックミラー３６および、コリメータレンズ３５のそれぞれを介して往路と逆方向に進行し、偏光ビームスプリッタ３４により反射され、集光レンズ３８を介して、ＤＶＤ・ＣＤ用受光素子３９により検出される。
【０１９６】
ここで、本実施例に係る光ピックアップ４１の利点を特許文献１に記載の従来技術との比較により説明する。光ピックアップ４１は、光集積ユニット１を備えているので、安定したＢＤ記録・再生時のトラッキング制御を行うことができる。
【０１９７】
図１３（ａ）は光ディスク４並びにＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ５４及びＢＤ用対物レンズ５３の駆動の様子を示す図である。図１３（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、特許文献１に記載の光集積ユニット１０１を、本実施形態に係る光集積ユニット１の代わりに用いた場合の、光ディスク４上の集光状態を示す図である。光集積ユニット１０１は、３ビームによるトラッキング誤差検出をおこなう。そのため、同図に示すように、光ディスク４上には、メインビームＭｂ（３ビーム用回折格子の非回折光）、サブビームＳｂ１（＋１次回折光）及びサブビームＳｂ２（−１次回折光）が集光される。
【０１９８】
図１３（ａ）に示すように、ＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ５４はディスク中心Ｏを通る、光ピックアップの駆動方向（ラジアル方向）の直線上に対応する位置に配置されている。すなわち、ＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ５４の焦点が、前記直線上に存在する。そのため、光ピックアップ４１の記録・再生を行うトラックが、光ディスク４の内周部から外周部に移動する間、該トラックの向きと対物レンズ５４の焦点の通過する直線とは常に直交する。
【０１９９】
一方、ＢＤ用対物レンズ５３はＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ５４に対してトラック方向にずらして配置されている。そのため、対物レンズ５３の焦点の通過する直線と光ディスク４のトラック方向とのなす角度は内周部から外周部に向かうにつれて大きくなる。よって、図１３（ｃ）のように例えばディスクの中間部においてメインビームＭｂ、サブビームＳｂ１、Ｓｂ２を同一のトラックに入射するように３ビーム用ホログラム素子を調整しても、ディスクの内周部（図１３（ｂ））または外周部（図１３（ｄ））では３ビームの並ぶ方向とトラック方向とのなす角度が変化するため、３ビームが同一のトラックに入射しないという状況が発生する。
【０２００】
このとき、図１３（ｂ）（ｃ）（ｄ）それぞれの状況において、光ディスクの情報未記録部から記録部の方向へ境界を通過する場合を比較する。光ディスクでは情報が記録されている部分では未記録部に比べて反射率が低くなる。つまり記録部において反射された戻り光は未記録部において反射された戻り光よりも光量が小さくなる。３ビームが同一のトラックに入射する図１３（ｃ）に示す状況ではそれぞれが光ピックアップのラジアル方向の移動に対して同時に記録と未記録部との境界を移動するため、メインビームの戻り光とサブビームの戻り光との記録・未記録部通過にともなう戻り光量の変化が同時に起こるため、トラッキングエラー信号の検出に支障はない。一方、３ビームが同一のトラック上に集光していない図１３（ｂ）（ｄ）に示す状況ではそれぞれＳｂ１、Ｓｂ２が他のビームに先行して記録部に入射するため、サブビームの反射戻り光の光量が先に減少する。そのため、３ビームが記録部と未記録部との境界を通りすぎるまで、トラッキングエラー信号が変動し、正確なトラッキング動作が不可能になる。
【０２０１】
一方、本実施形態に係る光ピックアップでは３ビームを発生させることなくトラッキングエラー信号を生成するため、対物レンズが光ディスクの中心を通り、ピックアップの駆動方向の直線上に配置されていない場合にも光ディスクの記録部と未記録部との境界を通過時にトラッキングエラー信号が変動することがなく、安定したトラッキングエラー信号を生成することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
本発明は、球面収差誤差検出が必要なＢＤの再生・記録を行う光ピックアップ装置、または、ＢＤを含む複数種類の光ディスクの再生・記録を行う光ピックアップ装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２０３】
【図１】（ａ）は、焦点ずれ及び球面収差誤差の無い状態における光検出器上の集光スポットの集光状態を示す説明図であり、（ｂ）は球面収差誤差の無い状態で焦点ずれが発生している場合の光検出器上の集光スポットの集光状態を示す説明図である。
【図２】第１の実施形態に係る光ピックアップの概略を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る光集積ユニットを示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る偏光ホログラム素子に形成されるホログラムパターンを示した模式図である。
【図５】球面収差誤差が発生した時の受光素子上の光スポットの集光状態を示す説明図である。
【図６】第１の実施形態に係るホログラムパターンに対してトラッキングエラー補正用分割領域を省略したホログラムパターンの形状図である。
【図７】（ａ）は本発明に係るホログラム素子の球面収差誤差信号とカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフであり、（ｂ）は従来技術に係るホログラム素子の球面収差誤差信号とカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。
【図８】ホログラム素子の分割線の形状を変化させたときの、分割線球面収差誤差信号とカバーガラスの厚さ変化との関係を示すグラフである。
【図９】ホログラム素子上の非回折光と１次回折光との干渉パターンを示す図である。
【図１０】第１の境界線と第２の境界線との間の距離と、トラッキング誤差信号のプッシュプル振幅の大きさとの関係を表すグラフである。
【図１１】第１の境界線と第２の境界線との間の距離と、球面収差誤差信号との関係を表すグラフである。
【図１２】第２の実施形態に係る光ピックアップの概略平面図である。
【図１３】（ａ）は光ディスクと、第２の実施形態に係る対物レンズのラジアル方向シフトの様子とを示す図であり、（ｂ）は、光ディスク内周部における光ビームとディスクトラックの相対位置関係を示す図であり、（ｃ）は、光ディスク中間部における光ビームとディスクトラックとの相対位置関係を示す図であり、（ｄ）は、光ディスク外周部における光ビームとディスクトラックとの相対位置関係を示す図である。
【図１４】従来技術に係る光ピックアップの概略断面図である。
【図１５】従来技術に係る光集積ユニットを示す断面図である。
【図１６】従来技術に係る偏光ホログラム素子のホログラムパターンを示す模式図である。
【図１７】従来技術に係る受光素子上の光ビームの集光状態を示す図である。
【図１８】従来技術に係る受光素子上の球面収差誤差発生時の光ビームの集光状態を示す図である。
【図１９】（ａ）は、従来技術に係る光ピックアップの概略構成を示す図であり、（ｂ）は従来技術に係るホログラム素子のホログラムパターンを示す図であり、（ｃ）は、従来技術に係る受光素子上の光スポットの集光状態を示す図である。
【符号の説明】
【０２０４】
１      光集積ユニット
２      コリメータレンズ
３      対物レンズ
４      光ディスク
１１    半導体レーザ
１２    受光素子
１４    偏光ビームスプリッタ
１６    １/４波長板
１７    パッケージ
２０    光ビーム
３２    偏光ホログラム素子
３３    ＤＶＤ・ＣＤ用半導体レーザ
３４    偏光ビームスプリッタ
３５    コリメータレンズ
３６    ダイクロイックミラー
３７    ＤＶＤ・ＣＤ用立ち上げミラー
３８    集光レンズ
３９    ＤＶＤ・ＣＤ用受光素子
４０    光ピックアップ
４１    光ピックアップ
５２    ＢＤ用立ち上げミラー
５３    ＢＤ用対物レンズ
５４    ＤＶＤ・ＣＤ用対物レンズ
５５    非回折光
【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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