(57)【要約】本発明は、第１セグメント（Ａ）及び第２セグメント（Ｂ）を有する光検出器（３０２）と、入射ビームを受けることを目的とする光学エレメント（３０１）を有する光学ピックアップ装置に関する。当該光学エレメント（３０１）は、第１ゼロ次回折ビーム（Ａ（０））を当該第１セグメント（Ａ）に生成し、かつ、第１非ゼロ次回折ビーム（Ｂ（＋１））を当該第２セグメント（Ｂ）に生成するための回折手段を有する第１部分（Ｌ）と、並びに、第２ゼロ次回折ビーム（Ｂ（０））を当該第２セグメント（Ｂ）に生成し、かつ、第２非ゼロ次回折ビーム（Ａ（＋１））を当該第１セグメント（Ａ）に生成するための回折手段を第２部分（Ｒ）とを有する。
2006511006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１セグメントと、第２セグメントと、入射ビームを受けることを目的とする光学エレメントとを有する光検出器を有する光学ピックアップ装置であって、
前記光学エレメントは：
第１ゼロ次回折ビームを前記第１セグメントに生成し、かつ、第１非ゼロ次回折ビームを前記第２セグメントに生成する回折手段を有する第１部分と，
第２ゼロ次回折ビームを前記第２セグメントに生成し、かつ、第２非ゼロ次回折ビームを前記第１セグメントに生成する回折手段を有する第２部分と，を有する、
ことを特徴とする光学ピックアップ装置。
【請求項２】
前記光検出器は第１側セグメント及び第２側セグメントを有し、
前記第１部分は第３非ゼロ次回折ビームを前記第１側セグメントに生成する回折手段を有し、かつ、
前記第２部分は第４非ゼロ次回折ビームを前記第２側セグメントに生成する回折手段を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学ピックアップ装置。
【請求項３】
前記第１部分及び前記第２部分が相対する角度を有する鋸歯状格子構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光学ピックアップ装置。
【請求項４】
前記第１部分及び前記第２部分が双対格子構造を有することを特徴とする請求項１又は２の何れか一項に記載の光学ピックアップ装置。
【請求項５】
前記第１セグメントが第１サブセグメント及び第２サブセグメントを有し、かつ、
前記第２セグメントが第３サブセグメント及び第４サブセグメントを有する、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学ピックアップ装置。
【請求項６】
前記光学エレメントが前記第１部分と前記第２部分との間に配置される第３部分を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学ピックアップ装置。
【請求項７】
前記第３部分は幅が２＊ｓの角胴形を有し、ｓは０．０５＊ｒ＜ｓ＜０．９５＊ｒの条件を満たし、ｒは前記入射ビームの半径であることを特徴とする請求項６に記載の光学ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出器と入射ビームを受けることを目的とする光学エレメントとを有する光学ピックアップ装置に関する。
【０００２】
本発明は光学式記録の分野で使用されてもよい。
【背景技術】
【０００３】
光学ディスクのトラック上の走査スポットを維持する方法はプッシュプルとして知られている。この方法は、プッシュプル信号として参照されるトラッキングエラー信号の生成を伴う。当該トラッキングエラー信号は、ディスク表面上に配置される溝又は他のトラッキング構造のスポットの反応により生じる。トラッキングサーボは、プッシュプル信号を所定の値に維持するためスポットの半径位置を調節する。所定の値はたいていゼロである。当該プッシュプル信号は、光学ピックアップ装置の光学経路に配置される光検出器により生成される。当該光検出器はスポットから生じるビーム強度の検出を担う。
【０００４】
プッシュプル方法に関する主要な問題はビームランディングと称される。当該検出器のスポットは、該検出器のずれにより、或いは、ディスク上のトラックの偏心によるアクチュエータの対物レンズの半径方向の動きにより偏心化され得る。プッシュプル信号はそのとき、該プッシュプル信号がトラッキングサーボにより与えられる所定の値で規定される線を交差するところのオフセット点を有する。
【０００５】
ビームランディングの課題の解決策として、３スポットプッシュプル方法がある。この方法では、ディスクに向かう経路にあるビームに格子が置かれ、追加の付随スポットをディスク上に加える。ゼロ次及び１次回折次数のみが考慮され、当該検出器で検出される。当該格子は、２つの付随スポットが主要スポットに比べトラックの半分だけ半径方向にオフセットを有するように調整される。２つの付随スポットは追加のプッシュプル信号を当該検出器に生成する。ビームランディングに起因する当該オフセットは、主要スポットの加重合計プッシュプル信号と適切に規定された加重係数を有する２つの付随スポットのプッシュプル信号とで規定される半径方向のトラッキングエラー信号において、一部除去される。
【０００６】
この従来技術は制限を受けやすい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
３スポットプッシュプル方法に関して２つの問題が存在する。第１の問題は主要スポットの強度が３スポット格子の導入によりかなりの比率で、典型的には約１５％低減されることである。強度損失の主要部分は２つの付随スポットで消耗され、小部分ではより高い回折次数まで失われる。主要スポットの強度低減は、追記型又は書き換え可能システムでの書込みモードにおけるビットレートに悪影響を及ぼす。第２の問題は３スポット格子のずれに対する感度の問題である。トラック方向に対する格子の方向付けは、２つの付随スポットが主要スポットに比べトラックの半分だけ半径方向にオフセットを有するようにしなければならない。このスポットの半径方向のオフセットの偏向は、例えば、いわゆるｙ誤差と呼ばれる、トラックの中心と主要走査スポットとを通る線に垂直な方向の光学ピックアップユニットの位置ずれにより生じる場合がある。これら偏向は、３スポットプッシュプル方法に従って生成され、その結果として生じる半径方向のトラッキングエラー信号の振幅の低減を引き起こす。この低減はまた、ディスクの回転に応じて変動する。これは、当該信号がトラッキングサーボにより与えられる所定値を交差する地点での、トラッキング信号の不利なスロープ変動の結果となる。ｙ誤差に関する問題はとりわけ小型ディスクで深刻となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、トラッキングエラー信号を改善する光学ピックアップ装置を提案することである。
【０００９】
この目的のため、光学ピックアップ装置は、第１セグメント及び第２セグメントを有する光検出器と、入射ビームを受けることを目的とする光学エレメントとを有し、当該光学エレメントは以下のものを有する。
●第１ゼロ次回折ビームを当該第１セグメントに生成し、かつ、第１非ゼロ次回折ビームを当該第２セグメントに生成する回折手段を有する第１部分。
●第２ゼロ次回折ビームを当該第２セグメントに生成し、かつ、第２非ゼロ次回折ビームを当該第１セグメントに生成する回折手段を有する第２部分。
【００１０】
光学ピックアップは少なくとも２つのセグメントを有する検出器及び光学エレメントを実装し、当該光学エレメントは、ビームランディングにより生じるＤＣオフセットが補正されるよう当該検出器のセグメント全体にビームを分布させる格子として使用される。それは直接、より良いトラッキングエラー信号に帰着する。
【００１１】
光学エレメントは光学経路のサーボブランチに置かれ、格子エレメントがビーム源の出力に配置される３スポットプッシュプル方法とは違い、光学ディスクに向かう前方へのビームのパワーが低減されないようにする。
【００１２】
単一のスポットが使用され、パワー消費を低減させるばかりでなく、小型の光学ディスクを扱う際のピックアップ装置の実現を容易にもする。
【００１３】
追加の特性に従って、光学ピックアップ装置は以下のようなものとなる。
●当該光検出器は第１側セグメント及び第２側セグメントを有し、
●当該第１部分は第３非ゼロ次回折ビームを当該第１側セグメントに生成する回折手段を有し、
●当該第２部分は第４非ゼロ次回折ビームを当該第２側セグメントに生成する回折手段を有する。
【００１４】
第１及び第２側セグメントは、ゼロ次及び＋１次回折ビームばかりでなく、−１次回折ビームをも生成する回折格子として使用される光学エレメントを使用し、かつ、それによる利益を得ることを可能とする。
【００１５】
他の特性に従って、当該第１部分及び当該第２部分は、相対する角度を有する鋸歯状格子構造を有する。
【００１６】
鋸歯状構造を有する格子の使用は、高い回折効率の回折ビームを生成することを可能にする。
【００１７】
別の特性に従って、当該第１部分及び当該第２部分は双対格子構造を有する。
【００１８】
双対構造を有する格子の使用は、生産が容易で費用効率の高い製品を提供する。
【００１９】
追加の特性に従って、
●第１セグメントは第１サブセグメント及び第２サブセグメントを有し、
●第２セグメントは第３サブセグメント及び第４サブセグメントを有する。
【００２０】
これらのサブセグメントはビームの検出を改善する。
【００２１】
別の特性に従って、光学エレメントは、当該第１部分と当該第２部分との間に配置される第３部分を有する。
【００２２】
この第３部分は入射ビームの中央部分が直接的に光検出器に伝えられることを可能にする。
【００２３】
別の特性に従って、当該第３部分は、幅２＊ｓを有し、パラメータｓは０．０５＊ｒ＜ｓ＜０．９５＊ｒの条件を満たし、ｒは前記入射ビームの半径である。
【００２４】
係る設定は、回折されないビームの中央部分と、光学エレメントにより回折される周辺部分との間の好適な折衷を可能にする。
【００２５】
本発明の詳細な説明及び他の態様は下記の通りである。
【００２６】
本発明の特別な態様を、後述され、かつ、添付図との関係で考察される実施例を参照してこれから説明する。当該図面において、同等の部分又は同等のサブステップは同様の方法で指定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明に従った光学ピックアップ装置を表現する。この光学ピックアップ装置は、電気信号を生成するのに使用され、当該電気信号は、処理後、レーザービームを光学ディスク１０１のトラック上に維持することを目的とするトラッキングエラー信号（プッシュプル信号とも呼ばれる。）を生成するのに使用される。特に、このトラッキングエラー信号は、レーザービームを光学ディスク１０１の半径方向の位置に維持することを目的とする。矢印は光学経路を表現する。
【００２８】
光学ピックアップ装置は、ビームスプリッタ１０３に達するレーザービームを発する光源１０２を有する。ビームスプリッタ１０３はビームの経路をビーム分割キューブにより変更する。その後ビームは、光線を強制的に平行にするようビームを収束するコリメータレンズ１０４を通過する。四分の一波長板１０５は、ビームの偏光面を４５°回転させる。その後ビームは対物レンズ１０６を通過し、光学ディスク１０１のらせん状のトラックに当たる。復路において、四分の一波長板１０５は、ビームの偏光面をさらに４５°回転させる。コリメータレンズ１０４を通過した後、ビームはビームスプリッタ１０３の膜を通過し、回折手段及び非回折手段を有する光学エレメント１０７を通過する。光学エレメント１０７は、詳細は後述するが、非点収差のサーボレンズ１０８を通過する複数の光のビームを生成する。最後に、光学ピックアップ装置は、当該複数の光のビームを当該電気信号に変換するセグメントを有する光検出器１０９を有する。
【００２９】
図２は、本発明に従った光学ピックアップ装置の光学エレメント１０７における入射ビームの断面を表現する。当該ビームは、一部重複する３つの回折次数ＤＯ１−ＤＯ２−ＤＯ３から成る。回折次数ＤＯ１−ＤＯ２−ＤＯ３は、回折格子に類似する光学ディスクのトラック構造に起因する。
【００３０】
ゼロ次数ＤＯ２の中心Ｏに関し、＋１次数ＤＯ３が半径方向に＋ｑだけ動かされ、かつ、−１次数ＤＯ１が半径方向に−ｑだけ動かされる。なお、半径方向は、円形光学ディスクの半径方向である。
【００３１】
図３は、回折及び非回折ビームを第１タイプの光検出器に生成することを目的とする本発明に従った光学エレメント３０１を表現する。
【００３２】
より良い理解のために、光学エレメント３０１及び光検出器３０２は、同一平面上に表され、光学エレメントの出力におけるビームの光線は概略的に“実線”、“点線”及び“スター線”で描かれる。係る表現は暗に、図１の１０８で参照される非点収差のサーボレンズが、入力ビームを半径方向と接線方向との間の中間線で規定される斜線からのその反射に変形させるという事実を考慮に入れている。
【００３３】
この光学エレメント３０１は、回折手段を有する第１側部分Ｌ及び回折手段を有する第２側部分Ｒを有する。第１側部分Ｌ及び第２側部分Ｒに構成される当該回折手段は、第１セグメントＡ及び第２セグメントＢを有する光検出器３０２のセグメント全体に回折ビームが分布するよう設定される。
【００３４】
第１側部分Ｌの回折手段は、第１ゼロ回折次数ビームＡ（０）を第１セグメントＡに生成するよう設定され、かつ、第１非ゼロ回折次数ビームＢ（＋１）を第２セグメントＢに生成するよう設定される。
【００３５】
第２側部分Ｒの回折手段は、第２ゼロ回折次数ビームＢ（０）を第２セグメントＢに生成するよう設定され、かつ、第２非ゼロ回折次数ビームＡ（＋１）を第１セグメントＡに生成するよう設定される。
【００３６】
第１側部分Ｌの回折手段は第１格子に対応し、第２側部分Ｒの回折手段は第２格子に対応する。第１及び第２格子は、接線方向に沿って配列される溝又はリッジ３０３で形成される。なお、当該溝又はリッジの軸群は半径方向にそれぞれ平行である。
【００３７】
光学エレメント３０１はまた中心部分Ｍを有する。中心部分Ｍはそれを通過するビームに如何なる影響も与えない。例えば、中心領域は透明な物質で形成される。
【００３８】
第１側部分Ｌ、中心部分Ｍ及び第２側部分Ｒは半径方向に配列される。
【００３９】
中心部分Ｍの幅ｗ＝２＊ｓは、ｓ＜ｒで、ｒがゼロ次数回折ＤＯ２の半径となるようにする。好適には、ｓは、０．０５＊ｒ＜ｓ＜０．９５＊ｒの条件を満たすように設定される。
【００４０】
光学エレメントは有利には等方性物質で生成され、屈折率がビームの偏向状態に依存しないようにする。
【００４１】
図５に示す第１実施例では、第１側部分Ｌ及び第２側部分Ｒそれぞれの格子が鋸歯状構造を有する。第１格子及び第２格子それぞれの鋸歯状の角度は相互に反対である。
【００４２】
係る鋸歯状構造により、支配的な格子回折次数は、ゼロ次数及び＋１次数となる。ｍ次数の回折効率は、ｍ次数に向かう強度の比率を示し、次式で規定される。
【００４３】
【数１】
2006511006.tif 000003
ここで、λは波長、ｎは格子物質の屈折率、ｈはブレーズ高さである。
【００４４】
例えば、仮にｈ＝λ／２（ｎ−１）の場合には、
【００４５】
【数２】
2006511006.tif 000004
となる。他のすべての次数の累積効率が１９％であるので、それらは無視される。
【００４６】
ｍ次の角外れ□□は波長λに関係し、（構造周期に対応する）格子のピッチｐは、□□＝ｍ．λ／ｐで規定される。ただし、λがｐに比べて小さく、ｍが有意に小さいということが条件である。格子のピッチｐはその後、ゼロ次回折次数に対し、非ゼロ次回折次数（すなわち、＋１回折次数。）を光検出器の反対のセグメントに当てるように選択される。
【００４７】
図６に示す第２実施例において、第１側部分Ｌ及び第２側部分Ｒは双対構造を有する。
【００４８】
係る双対格子構造により、支配的な格子回折次数は−１次、ゼロ次及び＋１次の次数である。ｍ次の回折効率は、ｍ次に向かう強度の比率を示し、次式で規定される。
【００４９】
【数３】
2006511006.tif 000005
ここで、λは波長、ｎは格子物質の屈折率、ｈはステップ高さである。
【００５０】
ｍ次の角外れ□□は波長λに関係し、（構造周期に対応する）格子のピッチｐは、□□＝ｍ．λ／ｐで規定される。ただし、λがｐに比べて小さく、ｍが有意に小さいということが条件である。格子のピッチｐはその後、ゼロ次回折次数に対し、非ゼロ次回折次数（すなわち、＋１回折次数。）を光検出器の反対のセグメントに当てるように選択される。
【００５１】
第１セグメントＡ及び第２セグメントＢのみを有する光検出器により第１側部分Ｌ及び第２側部分Ｒで生成される−１次の回折次数は、それらが当該セグメントに当たらないために検出されない。−１次の回折次数を利用するために、改良された光検出器を図４に提案する。
【実施例】
【００５２】
図４は、回折及び非回折ビームを第２タイプの光検出器４０２に生成することを目的とする本発明に従った光学エレメント４０１を表現する。
【００５３】
光検出器４０２は第１側セグメントＣ及び第２側セグメントＤをも有することで、図３に示す光検出器と異なる。
【００５４】
特に、光検出器４０２は、例えば双対構造を有する格子に対応する光学エレメント４０１で生成される−１次、ゼロ次及び＋１次の回折次数を検出することを目的とする。実際には、光学エレメント４０１の第１側部分Ｌは、第３非ゼロ次回折次数ビームＣ（−１)を当該第１側セグメントＣに生成する回折手段を有し、第２側部分Ｒは、第４非ゼロ次回折次数ビームＤ（−１)を当該第２側セグメントＤに生成する回折手段を有する。第３及び第４非ゼロ次回折次数は−１次回折次数に対応する。
【００５５】
第１セグメントＡ及び第２セグメントＢを有する光検出器において、プッシュプル信号ＰＰは次の関係により規定される。
【００５６】
【数４】
2006511006.tif 000006
ここで、Ｓ（Ａ）は第１セグメントＡで生成される信号であり、Ｓ（Ｂ）は第２セグメントＢで生成される信号である。第１セグメントＡ及び第２セグメントＢの双方は、光学エレメントのＭ、Ｌ及びＲのゼロ次及び非ゼロ次の次数からの寄与を有する。信号Ｓ（Ａ）及びＳ（Ｂ）は次式で表される。
【００５７】
【数５】
2006511006.tif 000007
ここで、ｃａ０は、光学エレメント１０７の中央部分、第１側部分及び第２側部分によって生じるゼロ次ビームに起因するセグメントＡのビームランディング係数である。
【００５８】
ｃａ１は、光学エレメント１０７の第２側部分Ｒによって生じる１次ビームに起因するセグメントＡのビームランディング係数である。
【００５９】
ｃｂ０は、光学エレメント１０７の中央部分、第１側部分及び第２側部分によって生じるゼロ次ビームに起因するセグメントＢのビームランディング係数である。
【００６０】
ｃｂ１は、光学エレメント１０７の第１側部分Ｌによって生じる１次ビームに起因するセグメントＢのビームランディング係数である。
【００６１】
Ｄａ０は、光学エレメント１０７の中央部分、第１側部分及び第２側部分によって生じるゼロ次ビームに起因するセグメントＡの信号振幅である。
【００６２】
Ｄｂ０は、光学エレメント１０７の中央部分、第１側部分及び第２側部分によって生じるゼロ次ビームに起因するセグメントＢの信号振幅である。
【００６３】
Ｄａ１は、光学エレメント１０７の第２側部分Ｒによって生じる１次ビームに起因するセグメントＡの信号振幅である。
【００６４】
Ｄｂ１は、光学エレメント１０７の第１側部分Ｌによって生じる１次ビームに起因するセグメントＢの信号振幅である。
【００６５】
ｅは当該ビームに対する対物レンズの位置ずれである（ｅは“ビームランディング”として知られる。）。
【００６６】
ｘは走査スポットの半径位置である。
【００６７】
ｔｐは光学ディスクのトラックピッチである。
【００６８】
Φは位相項である。
【００６９】
方程式４及び方程式５において、ビームランディングは、位置ずれｅに適用される増倍率（ｃａ０−ｃａ１）及び−（ｃｂ０−ｃｂ１）に対応して寄与し、一方、半径方向の走査位置はｃｏｓ内の発振項で表される。
【００７０】
光学ピックアップ装置は光学経路に沿って左右対称配置であるため、以下の関係となる。
【００７１】
【数６】
2006511006.tif 000008
【００７２】
【数７】
2006511006.tif 000009
方程式４及び方程式５はそれ故、次式で表される。
【００７３】
【数８】
2006511006.tif 000010
プッシュプル信号ＰＰはそれ故、次式で表される。
【００７４】
【数９】
2006511006.tif 000011
方程式１２において、ビームランディングにより生じるＤＣオフセットはｃ０＝ｃ１の場合に相殺され、次式を導く。
【００７５】
【数１０】
2006511006.tif 000012
方程式１３で表される改良されたプッシュプル信号は、光学エレメントの中央部分Ｍの幅ｗ＝２＊ｓ、及び、回折ビームの格子回折効率を決定するブレーズ高さｈのような調律パラメータにより得られる。
【００７６】
第１セグメントＡ、第２セグメントＢ、第１側セグメントＣ及び第２側セグメントＤを有する光検出器において、プッシュプル信号ＰＰは次の関係で規定される。
【００７７】
【数１１】
2006511006.tif 000013
ここで、Ｓ（Ａ）はセグメントＡで生成される信号であり、Ｓ（Ｂ）はセグメントＢで生成される信号であり、Ｓ（Ｃ）はセグメントＣで生成される信号であり、Ｓ（Ｄ）はセグメントＤで生成される信号であり、Ｋは利得係数である。
【００７８】
図７は、本発明で使用される第３タイプの光検出器を表現する。図３及び図４に示す光検出器とは以下の点で相違する。
●第１セグメントＡは第１サブセグメントＡ１及び第２サブセグメントＡ２を有する。
●第２セグメントＢは第３サブセグメントＢ１及び第２サブセグメントＢ２を有する。
【００７９】
プッシュプル信号はさらに方程式３及び方程式１４により、以下のように表される。
【００８０】
【数１２】
2006511006.tif 000014
ここで、Ｓ（Ａ１）はセグメントＡ１で生成される信号であり、Ｓ（Ａ２）はセグメントＡ２で生成される信号であり、Ｓ（Ｂ１）はセグメントＢ１で生成される信号であり、Ｓ（Ｂ２）はセグメントＢ２で生成される信号である。
【００８１】
この光検出器は非点収差方法による焦点誤差信号の生成を提供する。
【００８２】
“有する”等の単語は、請求項にリストされるもの以外の他の要素の存在を除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に従った光学ピックアップ装置を表す図である。
【図２】本発明に従った光学エレメントにおけるビームの断面を表す図である。
【図３】第１タイプの光検出器で回折及び非回折ビームを生成することを目的とする、本発明に従った光学エレメントを表す図である。
【図４】第２タイプの光検出器で回折及び非回折ビームを生成することを目的とする、本発明に従った光学エレメントを表す図である。
【図５】本発明に従った光学エレメントの第１格子構造を表す図である。
【図６】本発明に従った光学エレメントの第２格子構造を表す図である。
【図７】本発明で使用される第３タイプの光検出器を表す図である。
【図１】
2006511006.tif 000015
【図２】
2006511006.tif 000016
【図３】
2006511006.tif 000017
【図４】
2006511006.tif 000018
【図５】
2006511006.tif 000019
【図６】
2006511006.tif 000020
【図７】
2006511006.tif 000021
【国際調査報告】
2006511006.tif 000022
2006511006.tif 000023