(57)【要約】【課題】  対物レンズの移動やディスクの傾きがあってもオフセットが生じないトラッキング誤差信号を安定的に得られる光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】  ４分割光検出器９で生成されるトラッキング誤差信号と２分割光検出器１３で生成されるプッシュプル信号とは、ともに、光ディスク５の偏芯またはチルトに起因して生じ得るオフセットを含む。光ビームＬ−２２の強度分布は光ビームＬ−１が光ディスク５のトラックを横断すると変化する。ただしランダム位相マスク１１によって光ビームＬ−２２にランダムな位相分布が付加されるので、プッシュプル信号はトラッキング誤差信号よりも振幅が小さくなり、オフセット成分がより明確に現れるようになる。よって、このプッシュプル信号を用いてトラッキング誤差信号のオフセットを補正することが可能になる。【選択図】        図１
2007087458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相が揃った光ビームを発する光源と、
光記録媒体に形成されたトラックに前記光ビームを集光する集光部と、
前記光記録媒体が反射した前記光ビームを第１および第２の反射光に分岐する光分岐部と、
前記光分岐部から前記第１の反射光を受け、前記第１の反射光の強度分布に応じて変化するトラッキング誤差信号を出力する第１の光検出部と、
前記光分岐部から前記第２の反射光を受け、前記第２の反射光の強度分布に応じて変化するプッシュプル信号を出力する第２の光検出部と、
前記光分岐部と前記第２の光検出部との間に設けられ、前記第２の反射光に位相分布を与え、前記トラッキング誤差信号の振幅よりも前記プッシュプル信号の振幅が小さくなるように前記第２の反射光の強度分布を変化させる第１の位相シフト部とを備える、光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記トラッキング誤差信号と前記プッシュプル信号とを用い、前記トラッキング誤差信号に生じ得るオフセットを補正する演算回路をさらに備える、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記プッシュプル信号の強度は、前記光ビームが前記トラックを横断することに応じて変化し、
前記第１の位相シフト部は、前記光ビームの入射位置によらず定常的に前記プッシュプル信号に含まれ得るオフセット成分を前記第２の光検出器に出力させるため、前記光ビームの移動に伴う前記第２の反射光の強度分布の変化を平滑化するように、前記第２の反射光に前記位相分布を与え、
前記演算回路は、前記オフセット成分を前記トラッキング誤差信号から減算することにより、前記トラッキング誤差信号に生じ得るオフセットを補正する、請求項２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記第１の位相シフト部は、シフトさせる位相の大きさが空間的にランダムに分布するように前記第２の反射光に対して前記位相分布を与える、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記第１の位相シフト部は、主表面を有する透明体であり、
前記主表面には、ランダムに分布する凹凸が形成される、請求項４に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記光ピックアップ装置は、
前記光記録媒体から前記光分岐部までの光路の途中に設けられ、前記光記録媒体が反射した前記光ビームを集光する集光レンズをさらに備え、
前記第１の位相シフト部は、前記第２の反射光の集光点の位置に設けられる、請求項１から５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記光分岐部と前記第１の位相シフト部との間に設けられ、前記光分岐部から受ける前記第２の反射光に対し、シフトさせる位相の大きさが空間的にランダムに分布するように位相分布を与える第２の位相シフト部をさらに備える、請求項６に記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記第１の位相シフト部は、強度分布が一様になるように前記第２の反射光に位相分布を与える、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクや光カード等の情報記録媒体に対して光学的に情報を記録再生する光学的記録再生装置に使用される光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ装置においては情報記録媒体にミクロン単位で記録された情報信号を再生するため、トラックに対して光ビームを正確に追従させる必要がある。従来から用いられるトラッキングサーボ方式の１つにプッシュプル法を用いた方式がある。
【０００３】
図１４は、プッシュプル法を用いた従来の光ピックアップの光学系を示す概略構成図である。
【０００４】
図１４を参照して、光ピックアップ１５０において、半導体レーザ１０１から出たレーザ光はコリメータレンズ１０２により平行光に変換され、ビームスプリッタ１０３を通過する。ビームスプリッタ１０３を通過したレーザ光は対物レンズ１０４により光ディスク１０５のトラック上に集光される。光ディスク１０５が反射したレーザ光は対物レンズ１０４を介してビームスプリッタ１０３に入射し、ビームスプリッタ１０３により反射する。
【０００５】
ビームスプリッタ１０３から出た反射光は集光レンズ１０８により２分割光検出器１０９に導かれる。２分割光検出器１０９は光ディスク１０５のトラック方向（Ｘ方向）に沿った分割線を有する。２分割光検出器１０９の各分割部から受光強度に応じた電気信号が出力され、差動演算回路Ｄ０は各信号の差分に応じたプッシュプル信号（トラッキング誤差信号）を出力する。
【０００６】
光ディスク１０５に入射する光ビームがトラックの中央にある場合、光ビームのファーフィールドパターン（光源から遠く離れた領域における光源の回折パターン）は左右で同じ明るさとなるため、２分割光検出器１０９の受光面における反射光の像は分割線を挟んで同じになる。よって、２分割光検出器１０９から得られる差動信号は０となる。この状態は「オントラック状態」と呼ばれる。
【０００７】
一方、光ビームがトラックの中心からずれた位置にあると、ファーフィールドパターンの強度分布はずれた量に応じて変化するので、パターンの対称性が失われる。
【０００８】
図１５は、光ビームの位置とプッシュプル信号との関係を示す図である。
図１５を参照して、光ピックアップ１５０が移動機構によってトラックと直交する方向（図１４のＹ方向）に移動する場合のトラッキング誤差信号ＴＥＳの変化を示す。たとえば光ビームが位置Ｘ１（トラック溝１０５Ａの中心）にある場合にはトラッキング誤差信号ＴＥＳは０であり、光ビームの移動方向や移動の大きさに応じてトラッキング誤差信号ＴＥＳは変化する。
【０００９】
しかし、図１５は理想的な状態でのトラッキング誤差信号ＴＥＳの振幅変化を示した図である。実際には、トラッキング誤差信号ＴＥＳにＤＣオフセット（以下、単に「オフセット」と称する）が生じる場合が多い。このような場合にはトラッキングが合っているにもかかわらずうまくトラッキングできないという問題が発生する。
【００１０】
図１６は、オフセットの発生原因を説明する図である。
図１６を参照して、対物レンズ１０４が移動した状態でトラッキングサーボを行なうと２分割光検出器１０９上に形成されるファーフィールドパターンの中心が分割線からずれる。このため、オントラック状態であるにもかかわらずオフセットが発生する。対物レンズ１０４の移動は、たとえばディスクの偏芯に起因して生じる。
【００１１】
光ピックアップ１５０は対物レンズ１０４を光ディスク１０５の面の振れに追従させるフォーカシングサーボおよびトラック振れに追従させるトラッキングサーボを行なう駆動機構（図１４に示さず）を搭載し、光ディスク１０５上のトラックとレーザ光スポットとの相対的位置関係が常に一定に維持されるように自動調整を行なう。光ディスク１０５に偏芯があると駆動機構によって対物レンズ１０４のみが光ディスク１０５のトラックと直交する方向にシフトする。この場合、ファーフィールドパターンは分割線に対して左右非対称となる。
【００１２】
図１７は、オフセットの別の発生原因を説明する図である。
図１７を参照して、光ディスク１０５が傾いた場合には、反射光が対物レンズ１０４に対して傾いて戻ってくるため、対物レンズ１０４に対して反射光の中心がずれる。この場合にも２分割光検出器１０９においてファーフィールドパターンが分割線に対して非対称となるのでトラッキング誤差信号ＴＥＳにオフセットが発生する。
【００１３】
従来、オフセットをキャンセルする様々な方法が提案されている。たとえば、特公平４−３４２１２号公報（特許文献１）には、複数ビームを用いた方法（差動プッシュプル（ＤＰＰ：Differential Push-Pull）法）が開示されている。この方法によれば、光源からの出射光をグレーティングにより３ビームに分割し、光ディスク上のトラックの接線方向に記録再生用のメインビーム（０次光）と、トラッキング用のサブビーム（＋１次光、−１次光）とを配列させる。各サブビームをメインビームが集光するトラックに対してトラックピッチの１／２だけ半径方向にずらして形成する。そしてメインビームのプッシュプル信号からサブビームのプッシュプル信号を減算する。これによってオフセットがキャンセルされたプッシュプル信号が検出される。
【００１４】
また、本出願人は特開２００３−１２３２７９号（特許文献２）において、３ビーム方式を用いず、１ビーム方式を用いて上記課題を解決する方法を提案している。以下、図面を参照しながらこの方法について説明する。
【００１５】
図１８は、特開２００３−１２３２７９号公報（特許文献２）に開示された光ピックアップを示す概略構成図である。
【００１６】
図１８を参照して、この光ピックアップは、光源である半導体レーザ１０１の光を対物レンズ１０４によって光ディスク１０５の表面上に集光させる集光光学系と、トラッキング誤差信号を検出するために光ディスク１０５からの反射光を導く信号生成光学系と、プッシュプル信号および補正信号を生成するための光検出器１１３とを備えている。
【００１７】
半導体レーザ１０１から出射した光はコリメータレンズ１０２により平行光に変換された後、ビームスプリッタ１０３を透過し、対物レンズ１０４により光ディスク１０５の表面にスポットを形成する。光ディスク１０５からの反射光は再び対物レンズ１０４により平行光となる。平行光のうちの一部の光はビームスプリッタ１０３で反射される。
【００１８】
ビームスプリッタ１０３で反射された光のうちビームスプリッタ１０６にも反射された光は、さらにウォラストンプリズム（互いに直交する直線偏光を分岐することのできる偏光プリズム）１０７により２つの偏光成分に分離される。分離された２つの光は集光レンズ１０８を介して２分割光検出器１０９に入射する。２分割光検出器１０９では光磁気信号など光ディスク１０５に記録された情報が再生される。
【００１９】
また、この光ピックアップは、回折素子１１０、シリンドリカルレンズ１１１、スポットレンズ１１２、光検出器１１３をさらに備える。これらの素子は、サーボ信号（フォーカス誤差信号ＦＥＳ、トラッキング誤差信号ＴＥＳ）を生成する。
【００２０】
図１９は、図１８における回折素子１１０および光検出器１１３を詳細に説明する図である。
【００２１】
図２０は、図１９の光検出器１１３の受光面を示す図である。
図２１は、図１９の回折素子１１０の詳細構造を説明する図である。
【００２２】
図１９から図２１までを参照して、ビームスプリッタ１０６を反射せずに透過した光は回折素子１１０によって回折された後、シリンドリカルレンズ１１１、スポットレンズ１１２を介して光検出器１１３に入射する。光検出器１１３は受光素子１１３ａ〜１１３ｃを含む。回折素子１１０を出た回折光のうち０次回折光（透過光）は受光素子１１３ａに入射し、＋１次回折光および−１次回折光はそれぞれ受光素子１１３ｂ，１１３ｃの一方および他方に入射する。
【００２３】
受光素子１１３ａは４つの受光領域Ａ〜Ｄを有する。受光領域Ａ〜Ｄのそれぞれの出力をＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤとする。トラッキング誤差を検出するためのプッシュプル信号ＰＰは以下の式（１）に従う演算により生成される。
【００２４】
ＰＰ＝（ＯＡ＋ＯＣ）−（ＯＢ＋ＯＤ）  …（１）
回折素子１１０は回折効率が光入射面位置によりなだらかに変化するような特性を有する。具体的に説明すると、回折素子１１０において格子ピッチＰは反射光の入射面の全体にわたり同―であるが、山部分１１０ａの幅と谷部１１０ｂの幅との比率が回折素子１１０内において変化している。回折素子１１０は、右側に入射した光ほど±１次回折光が減少し、０次回折光が増加するように、受光素子１１３ａ〜１１３ｃの各々に分配する光量を決定する。
【００２５】
なお、図２０に示すように、受光素子１１３ａに入射する０次回折光のスポットの強度分布は下側部分ほど明るくなる分布を有する。また、受光素子１１３ｂ，１１３ｃのそれぞれの受光領域Ｅ，Ｆに形成される±１次回折光のスポットの強度分布は下側部分ほど暗くなる分布を有する。
【００２６】
次にプッシュプル信号ＰＰからトラッキング誤差信号ＴＥＳを演算する方法について概要を説明する。光ディスク１０５上での光ビームの位置に応じて反射光の方向が変化する。反射光の方向が変化すると回折素子１１０の面に入射する光ビームの位置が異なる。光検出器１１３に入射する０次回折光の光量と±１次回折光の光量とは、回折素子１１０の入射面における反射光の位置によって変化する。
【００２７】
光検出器１１３の受光領域Ａ〜Ｆからの信号を演算することにより、対物レンズ１０４のシフトの方向および量によって変化するオフセット補正信号ＳＨＦＴが得られる。この信号を用いて以下の式（２）に示す演算により、対物レンズシフトの影響を受けないトラッキング誤差信号ＴＥＳを生成することができる。ここでｋは所定の係数である。
【００２８】
ＴＥＳ＝ＰＰ−ｋ×（ＳＨＦＴ）  …（２）
【特許文献１】特公平４−３４２１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１２３２７９号公報（第１０−１２頁、第１−３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
３ビームを用いた上記のＤＰＰ法（３ビーム法）は、サブビームをメインビームに対してちょうど１／２トラックピッチだけディスクの半径方向にずらして配置しなければならない。たとえばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）とＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）とのように、トラックピッチの異なる複数の種類の光ディスクを１つの光ピックアップによって再生する場合、３ビーム法では対応が困難となる。
【００３０】
また３ビーム法を用いた光ピックアップの組立調整時には、サブビームが所定の位置に正確に照射されるよう、たとえばグレーティングを回転させて精度よく調整する必要がある。よって、光ピックアップの組立に時間を要するという問題がある。
【００３１】
さらに、３ビーム法では、１つの光源から３つのビームを生成しているので、記録や再生に用いるメインビームの光量を確保するために光源の出力を大きくしなければならない。よって、光源の負担が大きくなるという問題があるとともに、消費電力が増えるという問題がある。
【００３２】
一方、特開２００３−１２３２７９号公報（特許文献２）に開示された、光入射位置に依存して回折効率が異なる回折素子（光量分配手段）を用いたトラッキング誤差信号の補正方法の場合、光入射位置による回折効率変化が小さいため、オフセット補正信号のノイズ成分が大きくなり、オフセットの補正を精度よく行なうことができないという問題がある。回折効率の変化が小さいと受光素子１１３ａ〜１１３ｃが受ける光の量の変化が小さくなる。よって、受光素子１１３ａが受ける光のうちの一部が受光素子１１３ｂ，１１３ｃに漏れる。漏れた光はオフセット補正信号のノイズ成分として現れる。
【００３３】
さらに、１つのビームの中でも回折素子における位置に応じて回折効率が異なるので、プッシュプル信号のパターンに依存して、オフセット補正信号に残存するプッシュプル信号成分量（プッシュプル信号の振幅の大きさ）が異なる。このことはディスクの溝構造やトラックピッチなどの規格が異なると、オフセット補正信号におけるプッシュプル信号の振幅が大きく変化したり、極端に低くなったりすることを意味する。ディスクの規格によらず正確なトラッキング誤差信号ＴＥＳを得るには、上述の式（２）において、ディスクの規格ごとに係数ｋを設定する必要があるので、正確なトラッキング誤差信号を常に得ることが容易ではなくなる。
【００３４】
また、上記回折格子による回折光を用いてフォーカス誤差信号を検出する場合には、フォーカス誤差信号にプッシュプル信号成分がノイズとして重畳される。このため光ビームの焦点を十分に合わせることができないという問題がある。
【００３５】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、対物レンズの移動やディスクの傾きがあってもオフセットが生じないトラッキング誤差信号を安定的に得られる光ピックアップ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明は要約すれば光ピックアップ装置であって、位相が揃った光ビームを発する光源と、光記録媒体に形成されたトラックに光ビームを集光する集光部と、光記録媒体が反射した光ビームを第１および第２の反射光に分岐する光分岐部と、光分岐部から第１の反射光を受け、第１の反射光の強度分布に応じて変化するトラッキング誤差信号を出力する第１の光検出部と、光分岐部から第２の反射光を受け、第２の反射光の強度分布に応じて変化するプッシュプル信号を出力する第２の光検出部と、光分岐部と第２の光検出部との間に設けられ、第２の反射光に位相分布を与え、トラッキング誤差信号の振幅よりもプッシュプル信号の振幅が小さくなるように第２の反射光の強度分布を変化させる第１の位相シフト部とを備える。
【００３７】
好ましくは、光ピックアップ装置は、トラッキング誤差信号とプッシュプル信号とを用い、トラッキング誤差信号に生じ得るオフセットを補正する演算回路をさらに備える。
【００３８】
より好ましくは、プッシュプル信号の強度は、光ビームがトラックを横断することに応じて変化する。第１の位相シフト部は、光ビームの入射位置によらず定常的にプッシュプル信号に含まれ得るオフセット成分を第２の光検出器に出力させるため、光ビームの移動に伴う第２の反射光の強度分布の変化を平滑化するように、第２の反射光に位相分布を与える。演算回路は、オフセット成分をトラッキング誤差信号から減算することにより、トラッキング誤差信号に生じ得るオフセットを補正する。
【００３９】
好ましくは、第１の位相シフト部は、シフトさせる位相の大きさが空間的にランダムに分布するように第２の反射光に対して位相分布を与える。
【００４０】
より好ましくは、第１の位相シフト部は、主表面を有する透明体である。主表面には、ランダムに分布する凹凸が形成される。
【００４１】
さらに好ましくは、光ピックアップ装置は、光記録媒体から光分岐部までの光路の途中に設けられ、光記録媒体が反射した光ビームを集光する集光レンズをさらに備える。第１の位相シフト部は、第２の反射光の集光点の位置に設けられる。
【００４２】
さらに好ましくは、光ピックアップ装置は、光分岐部と第１の位相シフト部との間に設けられ、光分岐部から受ける第２の反射光に対し、シフトさせる位相の大きさが空間的にランダムに分布するように位相分布を与える第２の位相シフト部をさらに備える。
【００４３】
好ましくは、第１の位相シフト部は、強度分布が一様になるように第２の反射光に位相分布を与える。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の光ピックアップ装置によれば、１ビーム方式でのトラッキングサーボにおいて正確なトラッキング誤差信号を安定的に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００４６】
[実施の形態１]
図１は、実施の形態１の光ピックアップ装置の概略構成図である。
【００４７】
図１を参照して、光ピックアップ５０は、半導体レーザ１、コリメータレンズ２、ビームスプリッタ３、対物レンズ４、ビームスプリッタ６、集光レンズ８、４分割光検出器９、およびシリンドリカルレンズ１４を備える。
【００４８】
半導体レーザ１は位相の揃った光ビームＬ−１を発する光源である。光ビームＬ−１はコリメータレンズ２により平行光に変換される。コリメータレンズ２を出た光ビームＬ−１はビームスプリッタ３を通過し、対物レンズ４により光ディスク５に形成されたトラックに集光される。なお、対物レンズ４は、フォーカス方向（図１のＺ方向）およびトラッキング方向（図１のＹ方向）に駆動され、これにより、記録面上の集光スポットのサイズや位置が最適となるように制御される。
【００４９】
光ビームＬ−１は光ディスク５により反射する。光ビームＬ−２は反射光を示す。光ビームＬ−２は対物レンズ４を通過し、ビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリッタ３は入射した光ビームＬ−２を光ビームＬ−１とほぼ直交する方向に反射させ、光ビームＬ−１と光ビームＬ−２とを分離する。ビームスプリッタ３を出た光ビームＬ−２は集光レンズ８によって集光される。集光レンズ８は光ディスク５からビームスプリッタ６までの光路の途中に設けられる。
【００５０】
ビームスプリッタ６は光ビームＬ−２を光ビームＬ−２１（第１の反射光）と光ビームＬ−２２（第２の反射光）とに分離する。ビームスプリッタ６を透過した光ビームＬ−２１はシリンドリカルレンズ１４によって非点収差が付加される。
【００５１】
４分割光検出器９では受けた光ビームＬ−２１に応じ、情報再生信号、フォーカス誤差信号、およびトラッキング誤差信号を生成する。トラッキング誤差信号は４分割光検出器９上での光ビームＬ−２１の強度分布に応じて変化する。
【００５２】
光ピックアップ５０は、さらに、ランダム位相マスク１１と２分割光検出器１３とを備える。ランダム位相マスク１１は光ビームＬ−２２にランダムな位相分布を付加して光ビームＬ−２２の強度分布を変化させる。２分割光検出器１３は光ビームＬ−２２の強度分布に応じて変化するプッシュプル信号を出力する。
【００５３】
４分割光検出器９で生成されるトラッキング誤差信号と２分割光検出器１３で生成されるプッシュプル信号とは、ともに、光ディスク５の偏芯またはチルトに起因して生じ得るオフセットを含む。光ビームＬ−２２の強度分布は光ビームＬ−１が光ディスク５のトラックを横断すると変化する。ただしランダム位相マスク１１によって光ビームＬ−２２にランダムな位相分布が付加されるので、プッシュプル信号はトラッキング誤差信号よりも振幅が小さくなり、オフセット成分がより明確に現れるようになる。よって、このプッシュプル信号を用いてトラッキング誤差信号のオフセットを補正することが可能になる。
【００５４】
光ピックアップ５０は、さらに、トラッキング誤差信号とプッシュプル信号とを用い、トラッキング誤差信号に生じ得るオフセットを除去する演算回路１２を備える。演算回路１２の構成例は後述する。
【００５５】
図２は、図１の４分割光検出器９の受光面を示す図である。
図２を参照して、４分割光検出器９の受光面は光ディスク５のトラック方向（Ｚ方向）に沿った分割線９Ｌと、分割線９Ｌに直交する方向（Ｘ方向）に沿った分割線９Ｍにより領域９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄに分割される。
【００５６】
光ビームＬ−１は光ディスク５での反射の際にトラックによって０次回折光、＋１次回折光および−１次回折光に分離される。このとき、回折光同士が重なり合って干渉する。重なり合った回折光は再び対物レンズ４に戻り、光ビームＬ−２となる。光ビームＬ−２の強度分布はトラックと光ビームＬ−１との相対的な位置の変化に応じて変化する。光ビームＬ−２の強度分布に応じて光ビームＬ−２１，Ｌ−２２の強度分布も変化する。
【００５７】
図２に示すパターンＳＰ１，ＳＰ２（ボールパターン）は光ビームＬ−２１によって４分割光検出器９の受光面に形成されるパターンである。光ビームＬ−２１の強度分布が変化するとパターンＳＰ１，ＳＰ２の各々の光強度が変化する。よって、分割線９Ｌの左右の領域から出力される信号の強度が変化する。
【００５８】
領域９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄのそれぞれから出力される信号を信号Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄとする。信号Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄの積分が再生された情報を示す信号となる。一方、フォーカス誤差信号ＦＥＳおよびトラッキング誤差信号はプッシュプル法によって生成される。フォーカス誤差信号ＦＥＳは非点収差法により下記の式（３）に従って生成される。
【００５９】
ＦＥＳ＝（Ｉａ＋Ｉｃ）−（Ｉｂ＋Ｉｄ）  …（３）
また、オフセットを含むプッシュプル信号ＰＰ３０は、下記の式（４）に従い、差動演算回路Ｄ１により生成される。
【００６０】
ＰＰ３０＝（Ｉａ＋Ｉｂ）−（Ｉｃ＋Ｉｄ）  …（４）
上述のように光ビームＬ−１とトラックとの相対的な位置に応じて光ビームＬ−２１の強度分布が変化するのでパターンＳＰ１，ＳＰ２の強度が変化する。よってプッシュプル信号ＰＰ３０の強度が変化する。
【００６１】
次に、プッシュプル信号ＰＰ３０のオフセット補正信号を生成する方法について説明する。
【００６２】
光ビームＬ−２２は集光レンズ８による集光点の位置、すなわちレンズによるフーリエ変換面（レンズの焦点面）の位置に配置されたランダム位相マスク１１を通過し、再び広がった状態で２分割光検出器１３に入射する。集光レンズ８の集光点の位置、すなわちプッシュプルパターンの強度分布を空間周波数に分解された位置にランダム位相マスク１１を設けることで空間周波数を直接ランダム化できるので、再び光ビームが広がると強度分布がランダムに変化する。
【００６３】
図３は、図１の２分割光検出器１３の受光面を示す図である。
図３を参照して、２分割光検出器１３の受光面はＸ方向の分割線１３Ｍによって領域１３Ｅと領域１３Ｆとに２分割されている。光ビームＬ−２２の受光に応じて領域１３Ｅと領域１３Ｆとからそれぞれ出力される信号を信号Ｉｅ，Ｉｆとする。プッシュプル信号ＰＰ３１は下記の式（５）に従い、差動演算回路Ｄ２により生成される。
【００６４】
ＰＰ３１＝（Ｉｅ−Ｉｆ）  …（５）
プッシュプル信号ＰＰ３０のオフセット補正方法について以下図示しながら説明する。なお、ランダム位相マスク１１の効果については後述する。
【００６５】
図４は、プッシュプル信号ＰＰ３０，ＰＰ３１の各波形を示す図である。
図４を参照して、光ディスク５上での光ビームＬ−１の位置に対するプッシュプル信号ＰＰ３０，ＰＰ３１，ＰＰ３２の変化が示される。プッシュプル信号ＰＰ３２はオフセット補正後のプッシュプル信号ＰＰ３０に相当する。なお各信号の波形は対物レンズシフトや光ディスク５の傾きが生じていない場合の波形を示す。
【００６６】
光ビームＬ−１がトラック溝５Ａに入射したときには０次回折光と＋１次回折光（または−１次回折光）とによって回折パターン（プッシュプルパターン）が生じる。よって光ビームＬ−１とトラックとの相対的な位置に応じてプッシュプル信号ＰＰ３０は変化する。
【００６７】
また、ランダム位相マスク１１が設けられていない場合、２分割光検出器１３での光ビームＬ−２２の強度分布も光ビームＬ−２１の強度分布と同様に変化する。よって図３の領域１３Ｅ，１３Ｆの各々での受光強度が変化する。この場合、図４において破線で示すようにプッシュプル信号ＰＰ３１はプッシュプル信号ＰＰ３０と同様に変化する。
【００６８】
上述のように、ビームスプリッタ６によって反射された光ビームＬ−２２は集光レンズ８の集光点の位置に設けられたランダム位相マスク１１を通過する。ランダム位相マスク１１によって、シフトさせる位相の大きさが空間的にランダムに分布するよう光ビームＬ−２２には位相分布が付加される。よって光ビームＬ−２２は白色雑音化され、強度分布が一様になる。光ビームＬ−１がトラックを横断するとプッシュプル信号ＰＰ３０，ＰＰ３１の強度がともに変化する。ランダム位相マスク１１は、光ビームＬ−１の入射位置によらずプッシュプル信号ＰＰ３１に定常的に生じ得るオフセット成分を２分割光検出器１３に出力させるため、光ビームＬ−１の移動に伴う光ビームＬ−２２の強度分布の変化を平滑化するように、光ビームＬ−２２にランダムな位相分布を与える。これによって、プッシュプル信号ＰＰ３１が光ビームの位置によらず一定の強度になるよう平均化された状態になる。この状態におけるプッシュプル信号ＰＰ３１の強度がオフセット成分に相当する。演算回路１２は、プッシュプル信号ＰＰ３１から抽出したオフセットをプッシュプル信号ＰＰ３０から減算することにより、プッシュプル信号ＰＰ３０すなわちトラッキング誤差信号に生じ得るオフセットを補正する。よって正確なトラッキング誤差信号を得ることができる。
【００６９】
また、ランダム位相マスク１１によって、光ビームＬ−１がトラック溝５Ａを横断しても２分割光検出器１３における光ビームＬ−２２の強度分布はほぼ一様になる。よって図４において実線で示すようにプッシュプル信号ＰＰ３１は振幅が非常に小さくなるか、または発生しなくなる。
【００７０】
図５は、図１の対物レンズ４がシフトした場合のプッシュプル信号ＰＰ３０〜ＰＰ３２の波形を示す図である。図５を参照して、対物レンズがシフトしたり光ディスク５が傾いたりすると、プッシュプル信号ＰＰ３０，ＰＰ３１には、それぞれΔｐおよびΔｐ’だけ同じ側（同相）にオフセットが発生する。以下の式（６）に従う演算によって、オフセットをキャンセルしたプッシュプル信号ＰＰ３２を生成することができる。
【００７１】
ＰＰ３２＝ＰＰ３０−ｋ（ＰＰ３１）  …（６）
ここで係数ｋは４分割光検出器９および２分割光検出器１３に入射する光強度の違いを補正するためのものである。たとえば強度比が、４分割光検出器９の入射光量：２分割光検出器１３の入射光量＝ａ：ｂであれば、係数ｋ＝ａ／ｂである。
【００７２】
なお、上述の式（６）に従う演算によってプッシュプル信号ＰＰ３０のオフセットを補正するため、プッシュプル信号ＰＰ３１の振幅はプッシュプル信号ＰＰ３０の振幅よりも小さいことが必要となる。また、プッシュプル信号ＰＰ３１の振幅が小さいほどプッシュプル信号ＰＰ３０の補正が正確に行なわれるため、正確なトラッキング誤差信号を安定的に生成することができる。
【００７３】
図６は、図１の演算回路１２の構成例を示す図である。
図６を参照して、演算回路１２は、ゲイン調整回路１２Ａと差動演算回路１２Ｂとを含む。ゲイン調整回路１２Ａはプッシュプル信号ＰＰ３１をｋ倍に増幅する。差動演算回路は非反転入力端子にプッシュプル信号ＰＰ３０を受け、反転入力端子にゲイン調整回路１２Ａの出力を受けてプッシュプル信号ＰＰ３２を出力する。
【００７４】
次にランダム位相マスク１１の構造の具体例について説明する。
図７は、図１のランダム位相マスク１１の一例を示す図である。
【００７５】
図７を参照して、ランダム位相マスク１１は主表面を有する透明体により構成されるマスク（フィルタ）である。主表面にはランダムに分布する微小な凹凸が形成される。具体例的には、ランダム位相マスク１１は一般に利用されている磨りガラスである。
【００７６】
ランダム位相マスク１１を透過することにより、スポット内の各領域において光ビームＬ−２２にはランダムな大きさの位相シフトが生じる。光ビームＬ−２２が再び広がる際にスポット内の各領域の光同士が干渉する。各領域の光の位相が異なるため、図３に示すように２分割光検出器１３では光ビームＬ−２１によって細かな明暗パターンが生じる。
【００７７】
上述のように２分割光検出器１３に形成される光スポットにはトラックと光ビームとの相対的位置に依存する回折パターン（プッシュプルパターン）が含まれている。ただしランダム位相マスク１１での凹凸の分布のランダム度を高くする程、明確なプッシュプルパターンが現れなくなるのでプッシュプル信号ＰＰ３１の振幅を小さくすることができ、トラッキング誤差信号をより正確に補正することができる。
【００７８】
図８は、ランダム位相マスク１１の別の例を示す図である。
図９は、図８のランダム位相マスク１１の厚みと位相シフト量との関係を示す図である。
【００７９】
図８および図９を参照して、ランダム位相マスク１１は微小領域に区画され、各領域の透明体の厚みが異なるよう形成される。透明体の厚みはランダム位相マスク１１においてランダムに分布する。ランダム位相マスク１１の厚みはたとえば５段階に設定される。最も薄い領域を通過した光ビームの位相はΔだけシフトする。厚みが増えるに従って、位相シフト量は１／５λずつ変化する。ここでΔは任意の値であり、λは光ビームＬ−２２の波長である。図８および図９に示すランダム位相マスク１１は、いわば位相をデジタルに変更することが可能なフィルタである。
【００８０】
ランダム位相マスク１１に入射する光ビームＬ−２２の直径に対し、位相差を付加するための領域をどの程度細かく分割するかについては、特に明確な基準を設ける必要はない。たとえば図８に示すように、少なくとも光ビームＬ−２２の直径の１／１０程度に領域を分割すればランダム位相マスクとしての効果が十分に得られる。
【００８１】
以上のように実施の形態１によれば、光ディスクからの反射光を２つの光ビームに分離し、一方の光ビームの強度分布を位相シフトマスクによって変化させることで、光ディスクの偏芯やチルトにより生じ得るトラッキング誤差信号のオフセットを補正することができる。
【００８２】
また、実施の形態１によれば、１ビームによりトラッキングが可能になるため、従来の３ビーム方式に比べ、光の利用効率を向上させることができる。よって光ディスクへの記録時におけるレーザ光のパワーを増大させたり、レーザの消費電力を低減させたりすることができる。また、サブビームの位置を調整する必要がないので、光ピックアップ装置の組立が容易になる。
【００８３】
また、実施の形態１によれば、ランダムな位相分布を光ビームに与えることで光ビームの強度分布を一様にできるため、溝構造やトラックピッチの異なる別規格のディスク（プッシュプルパターンの異なるディスク）に対しても、トラッキング誤差信号のオフセットを補正するための信号を正確に得ることができる。
【００８４】
［実施の形態２］
実施の形態２では、オフセット補正信号を生成する光検出器に入射する光ビームの強度分布パターンをより白色雑音化することによって、より正確なトラッキング誤差信号を得ることが可能になる。
【００８５】
図１０は、実施の形態２の光ピックアップ装置の概略構成図である。
図１０を参照して、光ピックアップ５０Ａは、ランダム位相マスク１１Ａをさらに備える点において図１に示す光ピックアップ５０と異なるが他の部分の構成は光ピックアップ５０と同様であるので以後の説明は繰り返さない。
【００８６】
上述のように、光ビームＬ−２２の集光点すなわちフーリエ変換面で、シフト量の大きさが空間的にランダムに分布するように、光ビームＬ−２２の位相をシフトさせる必要がある。集光点では光ビームの直径が小さいため、実施の形態１ではランダム位相マスク１１に細かな位相分布を形成する必要がある。
【００８７】
しかしながら、実際には、細かい凹凸を分布させるようランダム位相マスク１１を形成することが困難になる場合が考えられる。このような問題を解決するため、光ピックアップ５０Ａでは光ビームＬ−２２の集光前の領域（ファーフィールド領域）にランダム位相マスク１１Ａ（第２の位相シフト部）が挿入され、集光点（フーリエ変換面）の位置にランダム位相マスク１１（第１の位相シフト部）が挿入される。
【００８８】
ランダム位相マスク１１Ａにより光ビームＬ−２２のスポットに位相をランダムに付加すると、ランダム位相マスク１１Ａを出た光ビームＬ−２２は大きな空間周波数（空間的なパターンの単位長さあたりの繰返し数）を有することになる。よって集光レンズ８の集光点付近では、光ビームＬ−２２の強度分布がより広い領域に分散されるので、集光ビーム領域が全体的に大きくなる。よってランダム位相マスク１１では細かな凹凸の分布を形成しなくてもよくなるので、ビームスポットを実施の形態１よりも細かく分割して光ビームＬ−２２に位相をランダムに付加することができる。
【００８９】
また本実施の形態の構成においては、ファーフィールド領域及びニアフィールド領域（フーリエ変換面、すなわち集光点）の両方でランダムな位相分布が付加される。各領域で付加される位相差には相関がない。したがってランダム性が非常に高くなるので、２分割光検出器１３上の光ビームの強度分布は、より白色雑音化（一様分布化）される。
【００９０】
以上のように実施の形態２によれば、ファーフィールド領域及びニアフィールド領域の両方にランダム位相マスクを設けることによって、プッシュプル信号ＰＰ３１の振幅を実施の形態１よりも小さくすることが可能になるので、より正確なトラッキング誤差信号を得ることが可能になる。
【００９１】
［実施の形態３］
実施の形態３の光ピックアップ装置は、半導体レーザ（光源）、サーボ信号生成用ホログラムおよび光検出器を集積化したホログラムレーザユニットへの適用例を示す。
【００９２】
図１１は、実施の形態３の光ピックアップ装置の概略構成図である。
図１１を参照して、光ピックアップ５０Ｂはビームスプリッタ６、集光レンズ８に代えてホログラム素子１５を備える。また、光ピックアップ５０Ｂはシリンドリカルレンズ１４に代えてホログラム素子１６を備える。また、光ピックアップ５０Ｂは４分割光検出器９に代えて光検出器１７を備える。光ピックアップ５０Ｂは、さらに、ホログラム素子１５，１６が形成されるホログラムガラス２０を備える。
【００９３】
半導体レーザ１から出射した光ビームＬ−１のうち、ホログラム素子１５を透過する光（０次回折光）はコリメータレンズ２および対物レンズ４によって光ディスク５の表面に集光される。そして、光ディスク５上からの反射光はホログラム素子１５によって回折される。ホログラム素子１５によって回折された光のうちの＋１次回折光（光ビームＬ−２）はホログラム素子１６によってさらに回折される。ホログラム素子１６によって回折された光のうちの−１次回折光が光検出器１７に導かれる。
【００９４】
一方、ホログラム素子１５により回折された−１次回折光（光ビームＬ−３）は、ホログラムガラス２０の裏面に形成されたランダム位相マスク１１を透過した後、２分割光検出器１３に入射する。このようにホログラム素子１５は光ディスク５により反射された光ビームを第１および第２の反射光に分離する役割を果たす。また、ホログラム素子１５は分割されておらず、光ビームＬ−１と光ビームＬ−１の反射戻り光とを分岐する分岐用光学素子としての役割も果たす。
【００９５】
なお、図が煩雑になるのを防ぐため、図１１では半導体レーザ１から出射した光のうちホログラム素子１５により回折される±１次光、ホログラム素子１６によって回折された光のうちの０次回折光および＋１次回折光は示されていない。
【００９６】
光ピックアップ５０Ｂは、さらに、基台２１およびパッケージ２２を備える。パッケージ２２内には半導体レーザ１、２分割光検出器１３、光検出器１７および演算回路１２が収納される。
【００９７】
なお、光ピックアップ５０Ｂの他の部分の構成は図１の光ピックアップ５０の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。
【００９８】
図１２は、図１１のホログラム素子１６および光検出器１７を詳細に説明する図である。
【００９９】
図１２を参照して、ホログラム素子１６は、光ディスク５のトラック方向に相当するＹ方向の分割線１６Ｍと、分割線１６Ｍに直交するＸ方向の分割線１６Ｌによって３つの領域１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃに分割される。これらの領域には個別に格子が形成されている。
【０１００】
光検出器１７は、領域１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄからなる。領域１７Ａ，１７Ｂはフォーカス検出のために２分割された受光領域である。領域１７Ｃ，１７Ｄはトラッキング検出のための受光領域である。
【０１０１】
光ディスク５における光ビームＬ−１が合焦状態の時に、ホログラム素子１６の領域１６Ａで回折された光ビームが分割線１７Ｌ上にビームスポットＰ１を形成し、領域１６Ｂ，１６Ｃで回折された光がそれぞれ領域１７Ｄ，１７Ｃ上にビームスポットＰ２，Ｐ３を形成する。領域１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄの出力信号をそれぞれＩａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄとすると、フォーカス誤差信号ＦＥＳはシングルナイフエッジ法により（Ｉａ−Ｉｂ）と求められる。またトラッキング誤差信号ＴＥＳに用いられるプッシュプル信号ＰＰ４０とするとプッシュプル信号ＰＰ４０はＰＰ４０＝（Ｉｃ−Ｉｄ）と演算されることにより求められる。
【０１０２】
ランダム位相マスク１１は、ホログラム素子１５の−１次回折光（光ビームＬ−３）の集光点付近に設けられる。ホログラム素子１５は格子のピッチや方向が最適に設定されることで、光を任意の位置に集光するレンズ機能を有する。
【０１０３】
図１３は、光ピックアップ５０Ｂにおける２分割光検出器１３の受光面を説明する図である。
【０１０４】
図１３を参照して、２分割光検出器１３は光ディスクのトラック方向に相当するＹ方向の分割線１３Ｍで領域１３Ｅ，１３Ｆに２分割される。領域１３Ｅ，１３Ｆから出力される信号をそれぞれ信号Ｉｅ，Ｉｆとする。
【０１０５】
実施の形態１で示したように、ランダム位相マスク１１を透過した光ビームＬ−３の強度分布は、集光点を透過した後に光ビームが拡大する領域、つまりファーフィールド領域で、白色雑音化された一様な分布に変換される。２分割光検出器１３で得られるプッシュプル信号をＰＰ４１とすると、プッシュプル信号ＰＰ４１は、ＰＰ４１＝（Ｉｅ−Ｉｆ）の演算によって得られる。
【０１０６】
式（６）と同様に、演算回路１２においてＰＰ４２＝ＰＰ４０−ｋ（ＰＰ４１）の演算を行なうことにより，オフセットをキャンセルしたプッシュプル信号ＰＰ４２を生成することができる。ここで係数ｋは領域１７Ｃ、１７Ｄおよび領域１３Ｅ，１３Ｆに入射する光強度の違いを補正するものである。強度比が（領域１７Ｃ、１７Ｄの入射光量）：（領域１３Ｅ，１３Ｆの入射光量）＝ａ：ｂならば係数ｋ＝ａ／ｂである。
【０１０７】
実施の形態３ではホログラムレーザユニットにおいて従来利用されていなかったホログラム素子１５の−１次回折光を有効に利用することができる。また、実施の形態３によれば、ホログラムガラス２０の裏面にランダム位相マスク１１の領域が形成される。よって、実施の形態３では、新たな光学素子を付加せずに、オフセットがキャンセルされたプッシュプル信号を得ることができるので、小型、薄型、量産性に優れ、かつ、正確なトラッキング誤差信号を得ることができる集積型のホログラムレーザユニットが実現可能になる。
【０１０８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施の形態１の光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図２】図１の４分割光検出器９の受光面を示す図である。
【図３】図１の２分割光検出器１３の受光面を示す図である。
【図４】プッシュプル信号ＰＰ３０，ＰＰ３１の各波形を示す図である。
【図５】図１の対物レンズ４がシフトした場合のプッシュプル信号ＰＰ３０〜ＰＰ３２の波形を示す図である。
【図６】図１の演算回路１２の構成例を示す図である。
【図７】図１のランダム位相マスク１１の一例を示す図である。
【図８】ランダム位相マスク１１の別の例を示す図である。
【図９】図８のランダム位相マスク１１の厚みと位相シフト量との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態２の光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図１１】実施の形態３の光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図１２】図１１のホログラム素子１６および光検出器１７を詳細に説明する図である。
【図１３】光ピックアップ５０Ｂにおける２分割光検出器１３の受光面を説明する図である。
【図１４】プッシュプル法を用いた従来の光ピックアップの光学系を示す概略構成図である。
【図１５】光ビームの位置とプッシュプル信号との関係を示す図である。
【図１６】オフセットの発生原因を説明する図である。
【図１７】オフセットの別の発生原因を説明する図である。
【図１８】特開２００３−１２３２７９号公報（特許文献２）に開示された光ピックアップを示す概略構成図である。
【図１９】図１８における回折素子１１０および光検出器１１３を詳細に説明する図である。
【図２０】図１９の光検出器１１３の受光面を示す図である。
【図２１】図１９の回折素子１１０の詳細構造を説明する図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１，１０１  半導体レーザ、２，１０２  コリメータレンズ、３，６，１０３，１０６  ビームスプリッタ、４，１０４  対物レンズ、５，１０５  光ディスク、５Ａ，１０５Ａ  トラック溝、８，１０８  集光レンズ、９  ４分割光検出器、９Ｌ，９Ｍ，１３Ｍ，１６Ｌ，１６Ｍ，１７Ｌ  分割線、９Ａ〜９Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ，１６Ａ〜１６Ｃ，１７Ａ〜１７Ｄ  領域、１１，１１Ａ  ランダム位相マスク、１２  演算回路、１２Ａ  ゲイン調整回路、１２Ｂ，Ｄ０〜Ｄ２  差動演算回路、１３，１０９  ２分割光検出器、１４，１１１  シリンドリカルレンズ、１５，１６  ホログラム素子、１７，１１３  光検出器、２０  ホログラムガラス、２１  基台、２２  パッケージ、５０，５０Ａ，５０Ｂ，１５０  光ピックアップ、１０７  ウォラストンプリズム、１１０  回折素子、１１０ａ  山部分、１１０ｂ  谷部、１１２  スポットレンズ、１１３ａ〜１１３ｃ  受光素子、Ａ〜Ｆ  受光領域、Ｌ−１〜Ｌ−３，Ｌ−２１，Ｌ−２２  光ビーム、Ｐ  格子ピッチ、Ｐ１〜Ｐ３  ビームスポット、ＳＰ１，ＳＰ２  パターン、Ｘ１  位置。
【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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【図２０】
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【図２１】
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