(57)【要約】      （修正有）【課題】レンズから見たディスクのトラックガイド溝方向が変化するような場合でも安定した３ビーム差動プッシュプル法でトラッキングエラー信号を得る。【解決手段】光ピックアップ３０は光源１２１から出射した光を０次回折光ビーム、±１次回折光ビームを含む複数の光ビームに分岐するグレーティング素子１１０と、グレーティング素子１１０から出た０次回折光ビームおよび±１次回折光ビームをそれぞれ光ディスクに集光する対物レンズ１１７と、３つの回折光ビームの光ディスク１１８による反射光をそれぞれ受光する複数の光検出部を有する受光素子１０１とを備え、このグレーティング素子１１０は、±１次回折光ビームの各々によって前記光ディスク上に形成されるサブ光スポットが、０次回折光ビームによって光ディスク上に形成されるメイン光スポットよりも、光ディスクのトラックに直交する方向に大きくなるように構成されている。【選択図】図８Ｂ
2012119047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光源から出射した光を０次回折光ビーム、−１次回折光ビーム、および＋１次回折光ビームを含む複数の光ビームに分岐するグレーティング素子と、
前記グレーティング素子から出た前記０次回折光ビームおよび前記±１次回折光ビームをそれぞれ光ディスクに集光する対物レンズと、
前記３つの回折光ビームの光ディスクによる反射光をそれぞれ受光する複数の光検出器を有する受光素子と、
を備え、
前記グレーティング素子は、前記±１次回折光ビームの各々によって前記光ディスク上に形成されるサブ光スポットが、前記０次回折光ビームによって前記光ディスク上に形成されるメイン光スポットよりも、前記光ディスクのトラックに直交する方向に大きくなるように構成されている、光ピックアップ。
【請求項２】
前記サブ光スポットは、前記ディスクのランド部およびグルーブ部の両方にまたがる大きさを有している請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項３】
前記グレーティング素子は、第１方向に配列された複数の分割領域を有しており、
前記複数の分割領域の各々は、入射光を回折する周期構造を有しており、前記周期構造の周期は分割領域の前記第１方向における位置によらずに一定であり、かつ、前記周期構造の位相は前記分割領域の前記第１方向における位置に応じて段階的に変化している、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記複数の分割領域の各々は、前記第１方向に垂直な第２方向に延びる帯状の形状を有している、請求項３に記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記複数の分割領域の各々における前記周期構造の位相は、前記帯状の形状を有する各分割領域の内部で変化していない、請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記複数の分割領域の前記周期構造は、前記グレーティング素子の中心部を通る前記第２方向に平行な直線に関して、対称である請求項５に記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記複数の分割領域の各々における前記周期構造は、各分割領域内で同心円状の曲線の一部を構成している請求項５に記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記複数の分割領域の各々の幅は均一でない請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項９】
前記複数の分割領域の各々は、前記第２方向に交互に配列された第１領域および第２領域を有しており、
前記複数の分割領域に含まれる複数の前記第１領域は、前記第１方向に沿って並んでおり、かつ、その周期構造の位相は、前記第１方向に沿って階段状に変化しており、
前記複数の分割領域に含まれる複数の前記第２領域は、前記第１方向に沿って並んでおり、かつ、その周期構造の位相は、前記第１方向に沿って階段状に変化しており、
前記第１領域の周期構造が示す位相の変化の極性は、前記第２領域の周期構造が示す位相の変化の極性と反対である、請求項４に記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
前記複数の分割領域の各々の幅は均一でない請求項９に記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
光を出射する第２光源と、
前記第２光源から出射した光を０次回折光ビーム、−１次回折光ビーム、および＋１次回折光ビームを含む複数の光ビームに分岐する第２グレーティング素子と、
前記第２グレーティング素子から出た前記０次回折光ビームおよび前記±１次回折光ビームをそれぞれ光ディスクに集光する第２対物レンズと、
前記３つの回折光ビームの光ディスクによる反射光をそれぞれ受光する複数の光検出器を有する第２受光素子と
を備える、請求項１に記載の光ピックアップ。
【請求項１２】
光ピックアップと、
光ディスクを回転させるモータと、
前記光ピックアップによって生成されるトラッキングエラー信号に基づいてトラッキング制御を行う制御部と
を備え、
前記光ピックアップは、
光を出射する光源と、
前記光源から出射した光を０次回折光ビーム、−１次回折光ビーム、および＋１次回折光ビームを含む複数の光ビームに分岐するグレーティング素子と、
前記グレーティング素子から出た前記０次回折光ビームおよび前記±１次回折光ビームをそれぞれ光ディスクに集光する対物レンズと、
前記３つの回折光ビームの光ディスクによる反射光をそれぞれ受光する複数の光検出器を有する受光素子と、
を備え、
前記グレーティングは、前記±１次回折光ビームの各々によって前記光ディスク上に形成されるサブ光スポットが、前記０次回折光ビームによって前記光ディスク上に形成されるメイン光スポットよりも、前記光ディスクのトラックに直交する方向に大きくなるように構成されている、光ディスク装置。
【請求項１３】
前記制御部は、
前記メイン光スポットから生成されるメイントラッキングエラー信号のＤＣ成分を、前記サブ光スポットから生成されるサブトラッキングエラー信号のＤＣ成分によってキャンセルする、請求項１２に記載の光ディスク装置。
【請求項１４】
前記対物レンズの位置は、前記光ディスクの中心を通る直線であって前記光ピックアップの移送方向に平行な直線から、前記直線に垂直な方向にシフトしている、請求項１２に記載の光ディスク装置。
【請求項１５】
前記光ピックアップは、前記光ディスクの中心を通る直線であって前記光ピックアップの移送方向に平行な直線上に位置する他の対物レンズを更に備える、請求項１２に記載の光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクに光学的にアクセスする光ピックアップと、当該光ピックアップを備える光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクをはじめとする光情報記録において、所望の記録再生位置に光スポットを集光するためのサーボ技術は必要不可欠の技術である。主要なサーボ信号としてフォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号がある。光ディスクなどの情報媒体から反射した光の情報から、これらのエラー信号を精度良く検出し、正確に対物レンズの位置制御にフィードバックする必要がある。このうち、ＣＤおよびＤＶＤなどの光ディスクの情報記録層（以下、単に「記録層」と称する）におけるトラック上に集光スポットを追従させるトラッキング制御では、差動プッシュプル法（以下、「ＤＰＰ法」称する）が広く採用されている。従来のＤＰＰ法では、回折素子（以下グレーティング素子）を用いて光源からの光を３つのビームすなわち０次光および±１次回折光に分岐させる。これらの３つの光ビームを集光することにより、光ディスクの記録層上に３つの光スポットを形成してトラッキングエラー信号を得る。
【０００３】
従来の、グレーティング素子を用いたＤＰＰ信号の検出方法が特許文献１に記載されている。
【０００４】
以下、ＤＰＰ法の原理について図１〜図５を参照しなから簡単に説明する。
【０００５】
図１は、光ディスク上に３つの光スポットが形成されている様子を示す斜視図である。この図は、光ディスクの一部を拡大して模式的に示している。光ディスクには、グルーブ部２０またはランド部２２からなるトラックが同心円状または螺旋状に形成されている。均一な周期構造を有するグレーティング素子により、光源からの光が０次光（メインビーム）、＋１次光（サブビームＡ）、−１次光（サブビームＢ）の３つの光ビームに分割される。そして、３つの光ビームのそれぞれがディスク面に集光されて３つの光スポット、すなわちメイン光スポット１２、サブ光スポット１４、サブ光スポット１６を形成している。図示されている例では、メイン光スポット１２が、図中の中央のトラック（グルーブ部２０）上に位置する。サブ光スポット１４、１６は、中央のトラック（グルーブ部２０）の両側に位置するランド部２２上に位置している。
【０００６】
図２および図３を参照して、従来のグレーティング素子の基本構成例を説明する。図２（ａ）は、グレーティング素子１１２の側面の形状を模式的に示す図であり、図２（ｂ）は、グレーティング素子１１２の正面の形状を模式的に示す図である。このグレーティング素子は、図２のＹ軸方向に沿って周期的に厚さが変化する周期構造を有している。この周期構造は、Ｘ軸方向に一様である。この例では、周期構造は厚さの変化によって実現されているが、屈折率のＹ軸方向の変化によっても実現され得る。図２（ｂ）のグレーティング素子１１２上に描かれた円は、このグレーティング素子１１２に入射する光ビームの断面を表している。
【０００７】
図３は、グレーティング素子に入射した光ビームが０次光（メインビーム）、＋１次光（第１サブビーム）、−１次光（第２サブビーム）の３つのビームに分割される様子を示す断面図である。光ビームの分岐の角度（回折角）は、光ビームの波長、グレーティング素子の周期構造のピッチによって決まる。
【０００８】
再び、図１を参照する。トラッキング制御がかかっている状態では、メイン光スポット１２は、信号ピットが形成されているグルーブ部２０を正確にトレースする。２つのサブ光スポット１４、１６が、それぞれ、メイン光スポット１２からトラック溝ピッチΛの半分だけ半径方向にシフトした位置（＝Λ／２）、すなわちランド部２２に乗るようにグレーティング素子１１２の配置は調整され固定されている。図１に示されているように、３つの光スポット１２、１４、１６は、１つの直線上に位置している。この直線は、トラック方向に対して僅かに傾斜している。グレーティング素子１１２を、グレーティング素子１１２の主面に垂直な方向の周りに回転させると、３つの光スポット１２、１４、１６が乗る直線の向きが変わる。図１に示すように、メイン光スポット１２が中央のトラックに位置するとき、サブ光スポット１４、１６を中央のトラックからΛ／２だけシフトした位置に正確に配置するには、グレーティング素子１１２の回転角度を正確に調整する必要がある。
【０００９】
図４は、光ディスクからの反射光を受光する光検出器の例を示す図である。ＤＰＰ法によるトラッキング制御を実行する光ディスク装置の光ピックアップは、メイン光スポット１２および２つのサブ光スポット１４、１６を受光する３つの検出器群３２、３４、３６を備えている。これら３つの検出器群３２、３４、３６は、それぞれ、２分割されている。各々２分割された検出器の差分を取ることでトラッキングエラー信号、すなわちメインＴＥと２つのサブＴＥ信号（ＴＥ（サブＡ）、ＴＥ（サブＢ））をそれぞれ生成する。
【００１０】
これらの検出器群３２、３４、３６から出力される信号を使って（式１）の演算をすることでレンズシフト等によって発生するＤＣ的な信号ずれがキャンセルされたトラッキングエラー信号（ＤＰＰ信号）を得る。
ＤＰＰ＝メインＴＥ−ｋ（ＴＥ（サブＡ）+ＴＥ（サブＢ））        （式１）
ここで、ｋは定数である。
【００１１】
図５の３つの波形は、それぞれ、光スポット位置がトラック上からずれていくときのメインＴＥとサブＴＥとＤＰＰの信号出力を示す。サブＴＥは、検出器３４から生成されるＴＥ（サブＡ）信号と検出器３６から生成されるＴＥ（サブＢ）信号との和を示す信号である。
【００１２】
図５に示すようにメインＴＥとサブＴＥとは、それぞれの光スポットの間隔が溝ピッチの１／２であるため、位相が１８０°シフトし、極性が反転している。すなわち、メイン光スポット１２がグルーブ部２０にあるとき、サブ光スポット１４、１６はランド部２２にある。あるいは逆に、メイン光スポット１２がランド部２２にあるとき、サブ光スポット１４、１６はグルーブ部２０にある。このため、ディスク上の光スポットが溝を横断する動きに対するトラッキングエラー信号の極性が互いに逆である。一方、ディスクの偏芯などにより対物レンズの位置がずれた場合、すなわちレンズシフトが生じた場合は、極性が同じＤＣ的な信号のオフセットがメインＴＥおよびサブＴＥの両方に発生する。メインＴＥのオフセットＡの大きさとサブＴＥのオフセットＢの大きさは異なり得る。
【００１３】
従って（式１）の演算により、メインＴＥからサブＴＥのｋ倍を減算するとき、ｋの値が適切に選択されていれば、オフセットのないトラッキングエラー信号（ＤＰＰ信号）が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特公平０４−３４２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
近年、光ディスク等の光ディスク装置として、例えばＣＤやＤＶＤ、ＢＤ等のように記録密度、記録容量や基材厚仕様等、異なる規格の記録媒体に１台の装置で対応した製品が増えつつある。
【００１６】
ＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤはそれぞれ使用する光源の波長や記録密度、ディスクの基材厚などが異なるため、１つの対物レンズで各々の光ディスクの記録層上に最適な集光スポットを形成するのは困難である。このため、このような異なる規格の記録媒体に全て対応した光ピックアップは、少なくとも２つの対物レンズを備えている。
【００１７】
図６は、２つの対物レンズを用いた光ピックアップの光学系の構成の例を示す図である。
【００１８】
ＤＶＤおよびＣＤの記録再生に用いる２つの異なる波長の光を出射する光源１１１からの光は、グレーティング素子１１２により０次光、±１次光に回折分岐され光学部品を経て反射ミラー１０６で反射される。その後、０次光、±１次光の３つの光ビームは、ＤＶＤおよびＣＤ共用の対物レンズ１０７により、ディスク１０８上に集光される。ディスク１０８で反射された光ビームは、ビームスプリッタ１０３を透過し、受光素子１０１に至る。その後、各々図４に示した光検出器３２、３４、３６によってメインＴＥ、サブＴＥ信号が生成される。具体的には、受光素子１０１の光検出器３２によってメインＴＥ信号が生成され、光検出器３４、３６によってサブＴＥ信号が生成される。（式１）による演算により、ＤＣオフセットのないＴＥ信号（ＤＰＰ信号）が生成される。
【００１９】
一方、ＢＤの記録再生に用いる波長の光は、光源１２１から出射され、ＤＶＤ，ＣＤ用の反射ミラー１０６を透過してＢＤ用反射ミラー１１６で反射される。その後、ＢＤ専用の対物レンズ１１７によってディスク１１８上に集光される。ディスク１１８で反射された光は、ビームスプリッタ１０３を透過する。その後、ホログラム１２０によって光束分割され、受光素子１０１に至り、必要な信号が生成される。
【００２０】
ビームスプリッタ１０３から対物レンズまでの光学系の往路の一部、および対物レンズから検出器までの光学系の復路の一部が「ＢＤ」と「ＤＶＤ，ＣＤ」とで共通化できる。このため、複数の波長の光を用いて複数の異なるディスクに対応する光ピックアップとしてコンパクトな光学構成が実現できる。
【００２１】
図７は光ディスクと光ピックアップの配置をディスク上面より見た図である。図において光ピックアップはディスク中心Ｏを通るＸ軸方向に沿って移送される。
【００２２】
ここでＤＶＤ／ＣＤ用対物レンズ１０７はＸ軸上にその中心がある。光ピックアップをディスクの中心側（内周側）から外周側へ、あるいは外周側から中心側へ移送した場合、対物レンズ１０７はＸ軸上を動くことになる。このため、ＤＶＤ／ＣＤ用対物レンズ１０７から見たディスクの溝方向（点Ｏを中心とする同心円の接線方向）は、光ピックアップの位置が光ディスクの内周側であっても外周側であっても、常にｙ軸方向である。このため、固定されたグレーティング素子によって形成されるサブ光スポットとメイン光スポットとの位置関係は、光ピックアップのディスク半径方向位置に応じて変わらない。したがって、２つの対物レンズを備える光ピックアップを用いる場合でも、ＤＶＤ、ＣＤ光学系に従来どおりＤＰＰが適用できる。
【００２３】
一方、図７に示されるように、ＢＤ用対物レンズ１１７はＸ軸上にない。このため、光ピックアップをＸ軸に平行に移送したとき、ＢＤ用対物レンズ１１７からみた光ディスクの溝方向（各々の位置での同心円接線方向）は光ピックアップのディスク半径方向位置に応じて連続的に変化する。このため、従来のＤＰＰ法をＢＤにそのまま適用すると、メインＴＥとサブＴＥとの位相ずれが発生し、ＤＰＰ信号振幅が大きく変動してしまう。このため、Ｘ軸からオフセットした対物レンズ（この例ではＢＤ用の対物レンズ１１７）のＴＥ検出には、３ビーム方式が採用できず、「ＢＤ」と「ＤＶＤ／ＣＤ」とで３ビーム検出器を共用することができないという問題点があった。
【００２４】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、対物レンズの位置がトラック方向にずれていてもＴＥオフセットのないＴＥ信号を安定に得ることができる光ピックアップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の光ピックアップは、光を出射する光源と、前記光源から出射した光を０次回折光ビーム、−１次回折光ビーム、および＋１次回折光ビームを含む複数の光ビームに分岐するグレーティング素子と、前記グレーティング素子から出た前記０次回折光ビームおよび前記±１次回折光ビームをそれぞれ光ディスクに集光する対物レンズと、前記３つの回折光ビームの光ディスクによる反射光をそれぞれ受光する複数の光検出器を有する受光素子とを備え、前記グレーティングは、前記±１次回折光ビームの各々によって前記光ディスク上に形成されるサブ光スポットが、前記０次回折光ビームによって前記光ディスク上に形成されるメイン光スポットよりも、前記光ディスクのトラックに直交する方向に大きくなるように構成されている。
【００２６】
ある実施形態において、前記サブ光スポットは、前記ディスクのランド部およびグルーブ部の両方にまたがる大きさを有している。
【００２７】
ある実施形態において、前記グレーティングは、第１方向に配列された複数の分割領域を有しており、前記複数の分割領域の各々は、入射光を回折する周期構造を有しており、前記周期構造の周期は分割領域の前記第１方向における位置によらずに一定であり、かつ、前記周期構造の位相は前記分割領域の前記第１方向における位置に応じて段階的に変化している。
【００２８】
ある実施形態において、前記複数の分割領域の各々は、前記第１方向に垂直な第２方向に延びる帯状の形状を有している。
【００２９】
ある実施形態において、前記複数の分割領域の各々における前記周期構造の位相は、前記帯状の形状を有する各分割領域の内部で変化していない。
【００３０】
ある実施形態において、前記複数の分割領域の前記周期構造は、前記グレーティングの中心部を通る前記第２方向に平行な直線に関して、対称である。
【００３１】
ある実施形態において、前記複数の分割領域の各々における前記周期構造は、各分割領域内で同心円状の曲線の一部を構成している。
【００３２】
ある実施形態において、前記複数の分割領域の各々の幅は均一でない。
【００３３】
ある実施形態において、前記複数の分割領域の各々は、前記第２方向に交互に配列された第１領域および第２領域を有しており、前記複数の分割領域に含まれる複数の前記第１領域は、前記第１方向に沿って並んでおり、かつ、その周期構造の位相は、前記第１方向に沿って階段状に変化しており、前記複数の分割領域に含まれる複数の前記第２領域は、前記第１方向に沿って並んでおり、かつ、その周期構造の位相は、前記第１方向に沿って階段状に変化しており、前記第１領域の周期構造が示す位相の変化の極性は、前記第２領域の周期構造が示す位相の変化の極性と反対である。
【００３４】
ある実施形態において、前記複数の分割領域の各々の幅は均一でない。
【００３５】
ある実施形態において、光を出射する第２光源と、前記第２光源から出射した光を０次回折光ビーム、−１次回折光ビーム、および＋１次回折光ビームを含む複数の光ビームに分岐する第２グレーティング素子と、前記第２グレーティング素子から出た前記０次回折光ビームおよび前記±１次回折光ビームをそれぞれ光ディスクに集光する第２対物レンズと、前記３つの回折光ビームの光ディスクによる反射光をそれぞれ受光する複数の光検出器を有する第２受光素子とを備える。
【００３６】
本発明の光ディスク装置は、光ピックアップと、光ディスクを回転させるモータと、前記光ピックアップによって生成されるトラッキングエラー信号に基づいてトラッキング制御を行う制御部とを備え、前記光ピックアップは、光を出射する光源と、前記光源から出射した光を０次回折光ビーム、−１次回折光ビーム、および＋１次回折光ビームを含む複数の光ビームに分岐するグレーティング素子と、前記グレーティング素子から出た前記０次回折光ビームおよび前記±１次回折光ビームをそれぞれ光ディスクに集光する対物レンズと、前記３つの回折光ビームの光ディスクによる反射光をそれぞれ受光する複数の光検出器を有する受光素子とを備え、前記グレーティングは、前記±１次回折光ビームの各々によって前記光ディスク上に形成されるサブ光スポットが、前記０次回折光ビームによって前記光ディスク上に形成されるメイン光スポットよりも、前記光ディスクのトラックに直交する方向に大きくなるように構成されている。
【００３７】
ある実施形態において、前記制御部は、前記メイン光スポットから生成されるメイントラッキングエラー信号のＤＣ成分を、前記サブ光スポットから生成されるサブトラッキングエラー信号のＤＣ成分によってキャンセルする。
【００３８】
ある実施形態において、前記対物レンズの位置は、前記光ディスクの中心を通る直線であって前記光ピックアップの移送方向に平行な直線から、前記直線に垂直な方向にシフトしている。
【００３９】
ある実施形態において、前記光ピックアップは、前記光ディスクの中心を通る直線であって前記光ピックアップの移送方向に平行な直線上に位置する他の対物レンズを更に備える。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の光ピックアップは、これにより、光ピックアップの移動により対物レンズから見たディスクの溝方向が連続して変化するような場合であっても３ビーム方式でオフセットキャンセルされた安定なトラッキング信号を得ることができる。このため、光ピックアップの検出器構成が簡素化される。また、グレーティング素子の回転調整が不要になり、光ピックアップの製造工程が簡略化できる。更に、グレーティング素子の経時的な回転位置ずれに対する特性変動も抑制され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の３ビームＤＰＰでのディスク上光スポット配置を示す斜視図
【図２】（ａ）は、グレーティング素子１１２の側面の形状を模式的に示す図、（ｂ）は、グレーティング素子１１２の正面の形状を模式的に示す図
【図３】グレーティング素子に入射した光ビームが０次光（メインビーム）、＋１次光（第１サブビーム）、−１次光（第２サブビーム）の３つのビームに分割される様子を示す断面図
【図４】光ディスクからの反射光を受光する光検出器の例を示す図
【図５】光スポット位置がトラック上からずれていくときのメインＴＥとサブＴＥとＤＰＰの信号出力を示す図
【図６】２つの対物レンズを用いた光ピックアップの光学系の構成例を示す図
【図７】光ディスクと光ピックアップの配置をディスク上面より見た図
【図８Ａ】本発明による光ディスク装置の実施形態の構成例を示すブロック図
【図８Ｂ】本発明の実施形態１における光ピックアップの構成を示す図
【図８Ｃ】グレーティング素子に入射した光ビームが０次光（メインビーム）、＋１次光（第１サブビーム）、−１次光（第２サブビーム）の３つのビームに分割される様子を示す断面図
【図８Ｄ】発明の実施形態１において、光ディスクと光ピックアップの配置をディスク上面より見た図
【図９】本発明の実施形態１の光検出器構成を示す図
【図１０】本発明の実施形態１のグレーティング素子を示す平面図
【図１１】本発明の実施形態１のグレーティング素子の構成を示す図
【図１２】本発明の実施形態１のディスク上の光スポットを示す図
【図１３Ａ】本発明の実施形態１のトラッキングエラー信号を構成する溝横断信号ＴＥ１（１４）、ＴＥ２（１４）の波形を示す図
【図１３Ｂ】本発明の実施形態１のトラッキングエラー信号を構成する溝横断信号ＴＥ１（１６）、ＴＥ２（１６）の波形を示す図
【図１３Ｃ】本発明の実施形態１のトラッキングエラー信号の波形を示す図
【図１４】本発明の実施形態２のグレーティング素子を示す平面図
【図１５】本発明の実施形態２のディスク上の光スポットを示す図
【図１６Ａ】本発明の実施形態２のトラッキングエラー信号を構成する溝横断信号ＴＥ１（１４）、ＴＥ２（１４）の波形を示す図
【図１６Ｂ】本発明の実施形態２のトラッキングエラー信号を構成する溝横断信号ＴＥ１（１６）、ＴＥ２（１６）の波形を示す図
【図１６Ｃ】本発明の実施形態２のトラッキングエラー信号の波形を示す図
【図１７Ａ】本発明の実施形態３のグレーティング素子を示す平面図
【図１７Ｂ】本発明の実施形態３におけるグレーティング素子の第１領域Ａおよび第２領域Ｂを示す平面図
【図１８】本発明の実施形態３のディスク上の光スポットを示す図
【図１９Ａ】本発明の実施形態３のトラッキングエラー信号を構成する溝横断信号ＴＥ１（１４）、ＴＥ２（１４）の波形を示す図
【図１９Ｂ】本発明の実施形態３のトラッキングエラー信号を構成する溝横断信号ＴＥ１（１６）、ＴＥ２（１６）の波形を示す図
【図１９Ｃ】本発明の実施形態３のトラッキングエラー信号の波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の光ピックアップでは、サブビームによって生成するサブＴＥ信号のＡＣ成分ではなく、ＤＣ成分を検出することにより、メインビームによって生成するメインＴＥ信号のＤＣ成分をキャンセルする。本発明では、サブビームの光スポットの形状および大きさを工夫することにより、サブＴＥ信号がＡＣ成分を実質的に有しないようにする。例えば、サブビームが光ディスク上に形成する光スポットのトラックに垂直なサイズが、トラックピッチ程度またはそれ以上の大きさを持つようにサブビームを形成する。このようなサブビームは、回折によって光ビームを３つのビームに分岐させるグレーティング素子を改良することによって形成される。より詳細には、回折によって形成するサブビームの位相波面を平面以外の形状に調整することにより、集光状態を制御して光スポットの形状を変化させることが可能になる。
【００４３】
以下、本発明に係る光ピックアップおよび当該光ピックアップを備える光ディスク装置の実施形態を説明する。
【００４４】
（実施形態１）
まず、図８Ａを参照して、本発明による光ディスク装置の実施形態を説明する。
【００４５】
本実施形態の光ディスク装置は、光ピックアップ３０と、光ディスク１５を回転させるスピンドルモータ４３と、光ピックアップ３０の位置を制御する移送モータ４２と、これらの動作を制御する制御手段とを備えている。光ピックアップ３０は、信号処理を行う前処理回路３６と、光ピックアップ３０の動作を制御する駆動回路４１と接続され、これらとの間で電気信号の授受を行う。光ピックアップ３０の構成は、後に詳しく説明する。なお、本実施形態の光ディスク装置は、光ピックアップ３０の構成を除いて、他の実施形態における光ディスク装置と同一の構成を備えている。このため、実施形態２、３では、光ディスク装置の構成の全体については、その説明を繰り返さない。
【００４６】
光ディスク１５から光学的に読み出されるデータは、光ピックアップ３０の受光素子で電気信号に変換される。この電気信号は、図示しない信号接続手段を経由して、前処理回路３６に入力される。前処理回路３６は、光ピックアップ３０から得た電気信号に基づいて、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を含むサーボ信号の生成、ならび再生信号の波形等価、２値化スライス、同期データなどのアナログ信号処理を行う。
【００４７】
前処理回路３６で生成されたサーボ信号は、制御回路３７に入力される。制御回路３７は、駆動回路４１を介して、光ピックアップ３０の光スポットを光ディスク１５に追従させる。駆動回路４１は、光ピックアップ３０、移送モータ４２、およびスピンドルモータ４３に接続されている。駆動回路４１は、集光レンズ１０７，１１７のフォーカス制御およびトラッキング制御、移送制御、スピンドルモータ制御など一連の制御をデジタルサーボで実現する。駆動回路４１の働きにより、集光レンズ１０７，１１７のアクチュエータ（不図示）の駆動を行うほか、光ピックアップ３０を光ディスク１５の内周や外周へ移送させる移送モータ４２の駆動や、光ディスク１５を回転させるスピンドルモータ４３の駆動が適切に行われる。
【００４８】
前処理回路３６で生成された同期データについては、システムコントローラ４０でデジタル信号処理を行い、図示しないインターフェイス回路を介して記録再生データをホストに転送する。前処理回路３６、制御回路３７、およびシステムコントローラ４０は、中央演算処理部３８に接続されており、中央演算処理部３８の指令により動作する。光ディスク１５を回転させ、光ピックアップ３０を目標の位置へ移送させ、光ディスク１５の目標のトラックに光スポットを形成し、追従させるといった制御動作を含む一連の動作を規定するプログラムは、予めファームウエアとして不揮発性メモリ３９などの半導体装置に記憶される。このようなファームウエアは、中央演算処理部３８により、必要な動作の形態に応じて、不揮発性メモリ３９から読み出される。
【００４９】
なお、本明細書では、前処理回路３６、制御回路３７、中央演算処理部３８、不揮発性メモリ３９、およびシステムコントローラ４０を、全体として「制御手段」と称することとする。
【００５０】
次に、本実施形態における光ピックアップ３０の構成を説明する。図８Ｂは、本実施形態における光ピックアップ３０の構成を模式的に示した図である。
【００５１】
この光ピックアップ３０は、ＢＤ用の光ビームを出射する半導体レーザ素子１２１、ＤＶＤ用およびＣＤ用の２つの波長の光ビームを出射する半導体レーザ素子１１１、半導体レーザ１２１から出射した光を０次光（以下メインビーム）と±１次光（以下サブビーム）に回折分岐させるグレーティング素子１１０、半導体レーザ素子１１１から出射した光を０次光（以下メインビーム）と±１次光（以下サブビーム）に回折分岐させるグレーティング素子１１２、これらの光ビームを受けトラックを有するＢＤ１１８またはＤＶＤ／ＣＤ１０８上へ収束して集光スポットを形成する集光学系、光学系の往路と復路とで偏光状態を変える波長板１０４、光学系の往復路で光路を切り替えるビームスプリッタ１０３、光ディスク１０８または１１８で反射された光ビームを受光する受光素子１０１を備える。また、上記の集光学系は、コリメートレンズ１０５、ＢＤ用対物レンズ１１７、およびＤＶＤ，ＣＤ用対物レンズ１０７を有している。
【００５２】
図８Ｃは、グレーティング素子１１０によって入射光が回折され、０次光（以下メインビーム）と±１次光（以下サブビーム）に分岐される様子を示している。こうして分岐した光が、光ディスク上に３つの光スポットを形成することになる。
【００５３】
この光ピックアップ３０は対物レンズ１０７、１１７の光軸方向（ｚ方向）及び光ディスク１０のラジアル方向（図８Ｂの紙面垂直方向；ｘ方向）に対物レンズ１０７、１１７を駆動変位させるレンズ駆動機構（図示せず）を備えている。
【００５４】
図８Ｄは、光ディスクのトラックと光ピックアップとの配置関係を模式的に示している。本実施形態における光ピックアップ３０は、ＢＤ用対物レンズ１１７と、ＤＶＤ，ＣＤ用対物レンズ１０７とを備える２レンズ構成の光ピックアップ３０である。
【００５５】
以降、特に断りのない限り、図中の表記のように、集光学系の光軸方向をＺ軸方向とし、光ディスク１５の径方向（ラジアル方向）をＸ軸方向とし、光ディスク１５のトラック方向（タンジェンシャル方向）をＹ軸方向と称する。なお、光ピックアップの光学系において、ミラーやプリズムなどで光軸を折り曲げた場合も、光軸および光ディスクの写像を基準に方向を定義する。
【００５６】
まず実施形態１の光ピックアップのＤＶＤ／ＣＤ用２波長半導体レーザ素子１１１からの出射光線について説明する。半導体レーザ素子１１１から出射するＤＶＤ用の光（あるいはＣＤ用の光）はグレーティング素子１１２を透過し、メインビームとサブビームに回折分岐され、ビームスプリッタ１０２で反射して光路が折り曲げられ、偏光ビームスプリッタ１０３を透過後、コリメートレンズ１０５と対物レンズ１０７により光ディスク１０８の情報記録層上に集光され、記録層上に３つの光スポット（メイン光スポットおよび２つのサブ光スポット）を形成する。光ディスク１０８からの反射光は対物レンズ１０７およびコリメートレンズ１０５により収束光へ変換される。この光はビームスプリッタ１０３，１０２を透過し、検出レンズ１２２により非点収差を受け、受光素子１０１に入射し信号検出される。なお、ここで対物レンズ１０７は光ディスクの中心軸を通り光ピックアップ３０の移送方向に一致する直線上に配置されているものとする。
【００５７】
図９は、受光素子１０１の検出器群を示す図である。検出器はＤＶＤ用の光のメインビームを受光する検出器１、ＤＶＤ用の光の２つのサブビームを検出する検出器２Ａ，２Ｂ、ＣＤ用の光のメインビームを受光する検出器３、ＣＤ用の光の２つのサブビームを検出する検出器４Ａ，４Ｂを有している。なお、ＤＶＤ用の検出器とＣＤ用の検出器とを異なる位置に設けている理由は、ＤＶＤ用とＣＤ用との間において、２波長レーザ光源での発光点位置の違いと、同一のグレーティングにより回折する場合の波長の違いによる回折角の差があるためである。
【００５８】
これらの光検出器１、２Ａ、２Ｂ、３、４Ａ、４Ｂは、それぞれ、２分割されている。この分割領域の光量差により、トラッキングエラー信号が生成される。
【００５９】
従来例について説明したように、ＤＶＤ用の光からは、検出器１により得られるメインＴＥと検出器２Ａ，２Ｂによって得られるサブＴＥとの（式１）による演算により、ＤＣオフセットのないＤＰＰ信号が得られる。またＣＤ用の光からは、検出器３により得られるメインＴＥと検出器４Ａ，４Ｂによって得られるサブＴＥとの（式１）による演算により、ＤＣオフセットのないＤＰＰ信号が得られる。
【００６０】
これらのＤＶＤまたはＣＤ用の光については、対物レンズ１０７が、上述したように、光ディスクの中心を通り光ピックアップ３０の移送方向に一致する直線上に配置されているため、光ディスクの内外周にピックアップ３０が移送されても常に安定なＤＰＰ信号が得られる。これは、対物レンズからみた光ディスクの溝方向が光ピックアップ３０の半径方向位置によらず一定であるからである。このため、光ディスク装置の製造時に配置が調整された単純なグレーティング素子によって問題の無い信号が得られる。
【００６１】
次に、実施形態１の光ピックアップ３０におけるＢＤ用半導体レーザ素子１２１からの出射光線について説明する。
【００６２】
再び図８Ｂを参照する。半導体レーザ素子１２１から出射されたＢＤ用の光は、後で説明するグレーティング素子１１０を透過し、図８Ｃに示すようにメインビームとサブビームに回折分岐される。これらの光ビームは、偏光ビームスプリッタ１０３で反射されて光路が折り曲げられ、ＤＶＤ／ＣＤ用反射ミラー１０６を波長選択機能により透過する。その後、コリメートレンズ１０５と対物レンズ１１７により光ディスク１１８の情報記録層上に集光され、記録層上に３つの光スポット（メイン光スポットおよび２つのサブ光スポット）を形成する。光ディスク１１８からの反射光は、対物レンズ１１７およびコリメートレンズ１０５により収束光へ変換される。この光は、ビームスプリッタ１０３，１０２を透過する。その後、検出レンズ１２２により非点収差を与えられ、受光素子１０１に入射し信号を生成する。
【００６３】
対物レンズ１１７は、図８Ｄに示されるように、ＤＶＤ／ＣＤ用対物レンズ１０７と異なり、光ディスクの中心軸を通り光ピックアップ３０の移送方向に一致する直線上からＹ軸方向にずれている。光ピックアップ３０内において、ＢＤ用の対物レンズ１１７の位置は、ＤＶＤ／ＣＤ用対物レンズ１０７の位置からＹ軸方向に例えば４〜５ｍｍ程度シフトしている。
【００６４】
再び図９を参照する。ＢＤ用の３ビーム検出器は、ＤＶＤ検出器と共用されている。ＢＤ用の光とＤＶＤ用の光とで波長は異なるが、ＤＶＤ用グレーティング１１２のピッチとＢＤ用グレーティング１１０のピッチとを互いに異ならせることで検出器面での検出光スポット位置を合わせ込むことが出来る。
【００６５】
このため、ＢＤ用の光からは、検出器１により得られるメインＴＥと検出器２Ａ，２Ｂによって得られるサブＴＥとの（式１）による演算により、ＤＣオフセットのないＤＰＰ信号が得られる。
【００６６】
次に、本実施形態におけるグレーティング素子１１０について説明する。
【００６７】
図１０は、本実施形態におけるグレーティング素子１１０の構成例を示す平面図である。
【００６８】
グレーティング素子１１０の格子パターンは、Ｙ軸にほぼ平行な複数の直線（領域分割線）によって複数の領域(分割領域)に分割されている。図１０では、各分割領域の形状を把握しやすいように、複数の分割領域の１つを太い線で囲んでいる。各分割領域は、Ｙ軸方向に延びる長方形の形状を有している。複数の分割領域は、それぞれ、入射光を回折する周期構造を有している。これらの分割領域がＸ軸方向に配列されている。
【００６９】
図１０では、１１個の分割領域が記載されているが、現実のグレーティング素子１１０に含まれる分割領域の個数は、１１個に限定されない。グレーティング素子が有する分割領域の個数は、１１個より多くてもよいし、１１個よりも少なくてもよい。
【００７０】
グレーティング素子１１０のサイズは、入射する光ビームの直径よりも大きければよく、例えば５ｍｍ×５ｍｍのサイズを有し得る。厚さは、例えば０．３〜１ｍｍ程度である。このようなサイズを有するグレーティング素子１１０では、１つの分割領域の幅Ｗは、５０μｍ〜３００μｍの範囲内の値に設定され得る。分割領域の幅Ｗは、１つの光ビームが少なくとも６個の分割領域に入射する大きさに設定されることが好ましい。グレーティング素子１１０に入射する光ビームの直径が０．５ｍｍの場合、分割領域の幅Ｗは、例えば５０μｍ〜１００μｍに設定され得る。
【００７１】
各分割領域間における周期構造の周期Ｔは、相互に共通する一定の値を有している。しかし、周期構造の位相は、分割領域のＸ軸方向における位置に応じて異なっている。具体的には、Ｘ軸方向における分割領域の位置に応じて、周期構造の位相が階段状に変化している。
【００７２】
図１１は、隣接する２つの分割領域における周期構造の位相差を示す図である。図１１には、２つの分割領域の断面および正面の形状が記載されている。２つの周期構造は、Ｙ軸方向に周期Ｔの１／５だけずれている。この位相差は、３６０°×（１／５）＝７２°である。本実施形態では、各分割領域間における周期構造の位相は、グレーティング素子１１０の中心部を通る軸を中心線として対称である。図１０の例では、中心に位置する分割領域の位相を０°と定義すると、中心から左右に遠ざかるにつれて、７２°単位で位相差が階段状に変化している。なお、グレーティング素子１１０の図示されている部分の両端に位置する分割領域の位相は０°に設定されており、この値は３６０°と等しい。
【００７３】
隣接する分割領域の位相差は、グレーティング素子１１０の全範囲で７２°に固定されているが、グレーティング素子１１０の位置によって位相差が異なっていてもよい。また、位相差も７２°に限定されない。
【００７４】
グレーティング素子１１０に入射する光ビームの断面の外形が点線の円で示されている。１本の光ビームは、複数の分割領域を透過し、複数の分割領域によって全体として回折されて３つの光ビームを生じさせる。グレーティング素子１１０によって回折された光は、Ｘ軸方向には球面状の位相波面をもち、Ｙ軸方向には直線状の位相波面を持つ光となる。
【００７５】
一般に、周期構造の位相がずれたグレーティングに光が入射すると、そのまま透過する成分（すなわち０次光）は全く影響を受けない。しかし、回折する成分（この場合主に±１次光）には、周期構造の位相ずれに応じて位相差が生ずる。
【００７６】
図１２は、本実施形態におけるグレーティング素子により回折した＋１次光（または−１次光）のサブビームが光ディスクの記録層上に形成した光スポットを示す。
【００７７】
グレーティング素子１１０により回折された光は、Ｘ軸方向には球面状の位相波面をもち、Ｙ軸方向には直線状の位相波面を持つ。このため、対物レンズにより光ディスクの記録層上に集光されたサブ光スポット１４，１６は、Ｘ軸方向には広がり、かつ、Ｙ軸方向には絞られた形状、すなわち楕円形の形状を有することになる。
【００７８】
こうして、ランド部２２およびグルーブ部２０の両方にまたがったサブ光スポット１４，１６が形成されると、各サブＴＥ信号のＡＣ成分はキャンセルされる。本実施形態のグレーティング素子では、幅Ｗの等しい短冊状の分割領域がＸ軸方向に配列されている。その結果、Ｘ軸方向の回折が生じ、光ディスクの記録層上でトラック直交方向に光が離散することがあり得る。そのような回折を抑制するため、分割領域の幅Ｗを位置に応じて少しずつ変化させてもよい。
【００７９】
本実施形態では、サブ光スポット１４およびサブ光スポット１６は、いずれも、グルーブ部２０およびランド部２２の両方をまたぐような形状およびサイズを有している。したがって、サブ光スポット１４の反射光は、従来の小さなサブ光スポットの反射光が複合したものに相当すると考えることができる。従って、サブ光スポット１４のうち、図１２でグルーブ部２０の上に位置する部分、およびランド部２２に位置する部分は、それぞれがトラックを横切るとき、位相が反転した強度振幅を持つ反射光を生じさせることになる。ここで、わかりやすさのため、サブ光スポット１４のうち、図１２でグルーブ部２０の上に位置する部分が形成する溝横断信号をＴＥ１（１４）とする。また同様に、サブ光スポット１４のうち、図１２でランド部２２の上に位置する部分が形成する溝横断信号をＴＥ２（１４）とする。
【００８０】
図１３Ａは、ＴＥ１（１４）およびＴＥ２（１４）の信号波形を示す図である。これらのＴＥ１（１４）およびＴＥ２（１４）は、別々に検出されるわけではなく、合成された信号（ＴＥ１（１４）＋ＴＥ２（１４））が図９における検出器２Ａの２分割されたフォトダイオードの出力の差分によって生成される。
【００８１】
同様のことがサブ光スポット１６についても成立する。サブ光スポット１６のうち、図１２でグルーブ部２０の上に位置する部分が形成する溝横断信号をＴＥ１（１６）とし、サブ光スポット１６のうち、図１２でランド部２２の上に位置する部分が形成する溝横断信号をＴＥ２（１６）とする。
【００８２】
図１３Ｂは、ＴＥ１（１６）およびＴＥ２（１６）の信号波形を示す図である。これらのＴＥ１（１６）およびＴＥ２（１６）を合成した信号（ＴＥ１（１６）＋ＴＥ２（１６））が、図９における検出器２Ｂの２分割されたフォトダイオードの出力の差分によって生成される。
【００８３】
図１３Ａに示されるように、ＴＥ１（１４）およびＴＥ２（１４）は、ＤＣ成分と、位相が１８０°異なるＡＣ成分とを有している。光ディスク上におけるサブ光スポット１４の光強度分布（形状およびサイズ）を調整することにより、ＴＥ１（１４）におけるＡＣ成分の振幅とＴＥ２（１４）におけるＡＣ成分の振幅とを等しくことができる。ＡＣ成分の振幅を等しくすれば、位相が１８０°異なるため、ＴＥ１（１４）とＴＥ２（１４）とを加算することにより、ＡＣ成分をキャンセルすることができる。その結果、ＴＥ１（１４）およびＴＥ２（１４）のＤＣ成分を、それぞれ、ＤＣ１およびＤＣ２とすると、ＴＥ１（１４）およびＴＥ２（１４）の和は、ＤＣ１＋ＤＣ２に等しくなる。
【００８４】
図１３Ｂに示されるように、ＴＥ１（１６）およびＴＥ２（１６）も、ＤＣ成分と、位相が１８０°異なるＡＣ成分とを有している。したがって、上述したように、光ディスク上におけるサブ光スポット１６の光強度分布（形状およびサイズ）を調整することにより、ＴＥ１（１６）におけるＡＣ成分の振幅とＴＥ２（１６）におけるＡＣ成分の振幅とを等しくすると、ＴＥ１（１６）とＴＥ２（１６）とを加算することにより、ＡＣ成分をキャンセルすることができる。この場合、ＴＥ１（１６）およびＴＥ２（１６）のＤＣ成分を、それぞれ、ＤＣ３およびＤＣ４とすると、ＴＥ１（１６）およびＴＥ２（１６）の和は、ＤＣ３＋ＤＣ４に等しくなる。
【００８５】
図１３Ｃは、本実施形態において、サブ光スポット１４により得られるＴＥ（１４）＝ＴＥ１（１４）＋ＴＥ２（１４）の信号波形、サブ光スポット１６により得られるＴＥ（１６）＝ＴＥ１（１６）＋ＴＥ２（１６）の信号波形、および、サブＴＥ（Ｓｕｂ−ＴＥ）＝ＴＥ（１４）＋ＴＥ（１６）の信号波形を示す図である。図１３Ｃからわかるように、各信号波形は実質的にＤＣ成分のみを有している。
【００８６】
なお、図９に示す光検出器によれば、ＴＥ１（１４）＋ＴＥ２（１４）は、検出器２Ａからの２つの出力の差分であり、ＴＥ１（１６）＋ＴＥ２（１６）は、検出器２Ｂからの２つの出力の差分である。これらの信号は、実際には別々に生成されず、合成された信号がサブＴＥ（Ｓｕｂ−ＴＥ）として生成される。すなわち、サブＴＥ（Ｓｕｂ−ＴＥ）＝ＴＥ１（１４）＋ＴＥ２（１４）＋ＴＥ１（１６）＋ＴＥ２（１６）＝ＤＣ１＋ＤＣ２＋ＤＣ３＋ＤＣ４の関係が成立する。
【００８７】
ＤＣ１＋ＤＣ２＋ＤＣ３＋ＤＣ４で示される信号は、ＡＣ成分がキャンセルされた信号であるが、レンズシフト等によるＤＣオフセットに相当する。
【００８８】
本実施形態における３ビームトラッキング検出方式によれば、ＡＣ成分およびＤＣオフセットを有するメインＴＥと、ＡＣ成分のないＤＣオフセットを有するサブＴＥとによる演算により、ＤＣオフセットの無いＴＥ信号が得られる。サブＴＥにＡＣ成分がないため、対物レンズから見た溝方向（各々の位置での同心円接線方向）が光ピックアップの半径位置に応じて変化しても、メインＴＥ信号とサブＴＥ信号との溝横断波形の位相ずれが生じず、ＤＰＰ信号振幅の変動が抑制される。
【００８９】
なお、本実施形態のグレーティング素子１１０は、中心を通りＸ軸に沿った直線（図７）上に移送される１つの対物レンズを有する光ピックアップに適用してもよい。その場合、光ピックアップの移送によって対物レンズから見た溝方向が変化する問題は回避されるが、本実施形態によれば、グレーティング素子の回転調整が不要になる利点がある。グレーティング素子の回転調整が不要になれば、光ピックアップの組立精度を緩和する効果がある。この効果を得るため、２レンズ構成の光ピックアップにおいて、グレーティング素子１１０をＤＶＤ／ＣＤ用のグレーティングに適用してもよい。このことは、後述する他の実施形態でも同様である。
【００９０】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２における光ピックアップについて説明する。図１４は、本発明の実施形態２におけるグレーティング素子１１０を示した平面図である。
【００９１】
グレーティング素子１１０の格子パターンは、Ｙ軸にほぼ平行な複数の直線（領域分割線）によって複数の領域(分割領域)に分割されている。図１４では、各分割領域の形状を把握しやすいように、複数の分割領域の１つを太い線で囲んでいる。各分割領域は、Ｙ軸方向に延びる長方形の形状を有している。複数の分割領域は、それぞれ、入射光を回折する周期構造を有している。これらの分割領域がＸ軸方向に配列されている。
【００９２】
本実施形態では、周期構造の平面構成が異なる２種類の分割領域Ａ，Ｂが交互に配置されている。各分割領域内は、同心円状の周期構造を有している。分割領域Ａは、その中心線Ｌ１上のＹ＋側に中心を有する同心円の一部が格子状に周期的に配列された構造を有している。一方、分割領域Ｂは、その中心線Ｌ２上のＹ−側に中心を有する同心円の一部が格子状に周期的に配列された構造を有している。
【００９３】
実施形態１のグレーティング素子では、分割領域ごとに回折光の位相波面を段階的にずらす構成を与えてたが、本実施形態では、個々の分割領域が回折光の位相波面を湾曲させる。
【００９４】
図１５は、本発明の実施形態２におけるグレーティング素子１１０によって形成されるディスク記録層上の光スポット１２、１４、１６を示す。
【００９５】
一般に同心円の回折格子に光が入射すると、同心円中心軸上に回折光が集光される。これは同心円の回折格子が持つレンズ作用による。光ディスク記録層上でＸ軸方向に長い楕円状の光スポットが得られる。このため、ランド部とグルーブ部との両方にまたがったサブ光スポットができるためサブＴＥ信号のＡＣ成分はキャンセルされる。
【００９６】
また、同心円中心が互いに反対である領域を交互に配置することでグレーティングによる＋１次回折光と−１次回折光とがＹ軸方向に対称な作用を受けるため＋１次光と−１次光による２つのサブ光スポットが同じように形成できる。
【００９７】
図１５に示されるように、本実施形態でも、サブ光スポット１４およびサブ光スポット１６は、いずれも、グルーブ部２０およびランド部２２の両方をまたぐような形状およびサイズを有している。従って、サブ光スポット１４のうち、図１５でグルーブ部２０の上に位置する部分、およびランド部２２に位置する部分は、それぞれがトラックを横切るとき、位相が反転した強度振幅を持つ反射光を生じさせることになる。サブ光スポット１４のうち、図１５でグルーブ部２０の上に位置する部分が形成する溝横断信号をＴＥ１（１４）とし、ランド部２２の上に位置する部分が形成する溝横断信号をＴＥ２（１４）とする。図１６Ａは、ＴＥ１（１４）およびＴＥ２（１４）の信号波形を示す図である。
【００９８】
同様に、サブ光スポット１６のうち、図１５でグルーブ部２０の上に位置する部分が形成する溝横断信号をＴＥ１（１６）とし、サブ光スポット１６のうち、図１５でランド部２２の上に位置する部分が形成する溝横断信号をＴＥ２（１６）とする。図１６Ｂは、ＴＥ１（１６）およびＴＥ２（１６）の信号波形を示す図である。
【００９９】
実施形態１について説明したように、光ディスク上におけるサブ光スポット１４の光強度分布（形状およびサイズ）を調整することにより、ＴＥ１（１４）におけるＡＣ成分の振幅とＴＥ２（１４）におけるＡＣ成分の振幅とを等しくことができる。ＡＣ成分の振幅を等しくすれば、位相が１８０°異なるため、ＴＥ１（１４）とＴＥ２（１４）とを加算することにより、ＡＣ成分をキャンセルすることができる。ＴＥ１（１４）およびＴＥ２（１４）のＤＣ成分を、それぞれ、ＤＣ１およびＤＣ２とすると、ＴＥ１（１４）およびＴＥ２（１４）の和は、ＤＣ１＋ＤＣ２に等しくなる。
【０１００】
図１６Ｂに示されるように、ＴＥ１（１６）およびＴＥ２（１６）も、ＤＣ成分と、位相が１８０°異なるＡＣ成分とを有している。したがって、上述したように、光ディスク上におけるサブ光スポット１６の光強度分布（形状およびサイズ）を調整することにより、ＴＥ１（１６）におけるＡＣ成分の振幅とＴＥ２（１６）におけるＡＣ成分の振幅とを等しくすると、ＴＥ１（１６）とＴＥ２（１６）とを加算することにより、ＡＣ成分をキャンセルすることができる。
【０１０１】
図１６Ｃは、本実施形態において、サブ光スポット１４により得られるＴＥ（１４）＝ＴＥ１（１４）＋ＴＥ２（１４）の信号波形、サブ光スポット１６により得られるＴＥ（１６）＝ＴＥ１（１６）＋ＴＥ２（１６）の信号波形、および、サブＴＥ（Ｓｕｂ−ＴＥ）＝ＴＥ（１４）＋ＴＥ（１６）の信号波形を示す図である。図１６Ｃからわかるように、各信号波形は実質的にＤＣ成分のみを有している。
【０１０２】
本実施形態によっても、実施形態１について説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
(実施形態３)
以下、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態における光ディスク装置の構成は、図８Ａを参照して説明した実施形態１における光ディスク装置の構成と同一である。また、光ピックアップの構成も、グレーティング素子１１０の構成を除いて実施形態１における光ピックアップの構成と同一である。
【０１０４】
図１７Ａは、本実施形態におけるグレーティング素子１１０に形成された回折領域を示す平面図である。
【０１０５】
グレーティング素子１１０の格子パターンは、基本的には、実施形態１におけるグレーティング素子１１０と同様に、Ｙ軸にほぼ平行な複数の直線（領域分割線）によって複数の領域(分割領域)に分割されている。図１７Ａでも、各分割領域の形状を把握しやすいように、複数の分割領域の１つを太い線で囲んでいる。各分割領域は、Ｙ軸方向に延びる長方形の形状を有している。複数の分割領域は、それぞれ、入射光を回折する周期構造を有している。これらの分割領域がＸ軸方向に配列されている。
【０１０６】
さらに、本実施形態におけるグレーティング素子１１０は、Ｘ軸にほぼ平行な複数の直線（領域分割線）によっても分割されている。その結果、各分割領域は、第１領域Ａおよび第２領域ＢがＹ軸方向に交互に配置された構成を有している。
【０１０７】
複数の第１領域Ａは、Ｘ軸方向に沿って並んでおり、かつ、その周期構造の位相は、Ｘ軸方向に沿って階段状に変化している。同様に複数の第２領域ＢもＸ軸方向に沿って並んでおり、かつ、その周期構造の位相は、Ｘ軸方向に沿って階段状に変化している。図１７Ｂは、Ｘ軸方向に沿って並んだ第１領域Ａの行と、軸方向に沿って並んだ第２領域Ｂの行とを抜き出して記載した図である。図１７Ｂからわかるように、位相シフトの方向が第１領域Ａと第２領域Ｂとの間で反対である。
【０１０８】
一般に、周期構造の位相がずれたグレーティングに光が入射すると、そのまま透過する成分（すなわち０次光）は全く影響を受けない。しかし、回折する成分（この場合主に±１次光）には、周期構造の位相ずれに応じて位相差が生ずる。このため、図１７Ａに示すような構成のグレーティングによって回折した±１次光は、第１領域Ａのやや左肩上がりの位相分布の光と、第２領域Ｂのやや右肩上がりの位相分布の光とに分かれる。
【０１０９】
図１８は、本実施形態におけるグレーティング素子１１０により形成される、ディスク記録層上の光スポットを示す図である。従来と同様メイン光スポットの上下に＋１次光の光ビームによるサブ光スポット１４および−１次光の光ビームによるサブ光スポット１６がそれぞれ形成される。しかし、グレーティング素子１１０の第１領域Ａからの光スポットが例えばランド部２２に形成され、第２領域Ｂからの光スポットがグルーブ部２０に形成される。＋１次光について、第１領域Ａからの光スポットと第２領域Ｂからの光スポットとは近接しているため、２つの光スポットは互いに干渉し、実質的に１つのサブ光スポット１４を形成する。同様に、−１次光についても、第１領域Ａからの光スポットと第２領域Ｂからの光スポットとは近接しているため、２つの光スポットは互いに干渉し、実質的に１つのサブ光スポット１６を形成する。
【０１１０】
＋１次光のサブ光スポット１４からの反射光が図９の光検出器で検出されたときの溝横断信号を考える。この溝横断信号は、第１領域Ａからの光による溝横断信号ＴＥ１と第２領域Ｂからの光による溝横断信号ＴＥ２とが重畳されたものである。図１９は、溝横断信号ＴＥ１、溝横断信号ＴＥ２、および、これらを加算した信号の波形を示している。第１領域Ａからの光スポットおよび第２領域Ｂからの光スポットは、それぞれ、ランド部２２およびグルーブ部２０に位置しているため、溝横断信号ＴＥ１と溝横断信号ＴＥ２との間で位相が反転している。その結果、溝横断信号ＴＥ１と溝横断信号ＴＥ２とを換算した信号では、ＡＣ成分がキャンセルされている。
【０１１１】
図１８に示されるように、本実施形態でも、サブ光スポット１４およびサブ光スポット１６は、全体して、グルーブ部２０およびランド部２２の両方をまたぐような形状およびサイズを有している。従って、サブ光スポット１４のうち、図１８でグルーブ部２０の上に位置する部分（主に領域Ｂからの光）、およびランド部２２に位置する部分（主に領域Ａからの光）は、それぞれがトラックを横切るとき、位相が反転した強度振幅を持つ反射光を生じさせることになる。サブ光スポット１４のうち、図１８でグルーブ部２０の上に位置する部分（主に領域Ｂからの光）が形成する溝横断信号をＴＥ１（１４）とし、ランド部２２の上に位置する部分（主に領域Ａからの光）が形成する溝横断信号をＴＥ２（１４）とする。図１９Ａは、ＴＥ１（１４）およびＴＥ２（１４）の信号波形を示す図である。
【０１１２】
ここで、サブ光スポット１４およびサブ光スポット１６における領域Ａ及び領域Ｂからの光はグルーブ部２０およびランド部２２の両方に位置する部分に照射されている。
【０１１３】
本実施形態では、グレーティング素子の領域Ａ，Ｂからの光によるサブ光スポット間隔（すなわち領域Ａ，Ｂの位相傾斜の相対差）を適正に選ぶことでちょうど互いに逆相となる。これらを合成した＋１次光の溝横断信号は、ＡＣ成分がキャンセルされた信号となる。レンズシフト等によるＤＣ成分はそのまま残る。領域Ａ，Ｂからの光によるサブ光スポット間隔が上記したキャンセル関係にあれば、サブ光スポットがディスクのトラック溝のどの位置にあってもよい。
【０１１４】
同様に、サブ光スポット１６のうち、図１８でグルーブ部２０の上に位置する部分（主に領域Ｂからの光）が形成する溝横断信号をＴＥ１（１６）とし、サブ光スポット１６のうち、図１８でランド部２２の上に位置する部分（主に領域Ａからの光）が形成する溝横断信号をＴＥ２（１６）とする。図１９Ｂは、ＴＥ１（１６）およびＴＥ２（１６）の信号波形を示す図である。
【０１１５】
図１９Ｃは、本実施形態において、サブ光スポット１４により得られるＴＥ（１４）＝ＴＥ１（１４）＋ＴＥ２（１４）の信号波形、サブ光スポット１６により得られるＴＥ（１６）＝ＴＥ１（１４）＋ＴＥ２（１４）の信号波形、および、サブＴＥ（Ｓｕｂ−ＴＥ）＝ＴＥ（１４）＋ＴＥ（１６）の信号波形を示す図である。図１９Ｃからわかるように、各信号波形は実質的にＤＣ成分のみを有している。
【０１１６】
本実施形態の３ビームトラッキング検出方式によれば、ＡＣ成分のないＤＣオフセットを有するサブＴＥが得られる。このため、ＡＣ成分とＤＣオフセットを有するメインＴＥからＤＣオフセットを減算することにより、ＤＣオフセットの無いＴＥ信号が得られる。光ピックアップの光ディスクにおける半径方向位置が変化することにより対物レンズから見た溝方向が連続的に変化しても、サブＴＥにＡＣ成分が無いため、溝横断波形の位相ずれでＤＰＰ信号振幅が変動することがない。
【０１１７】
本実施形態では、サブ光スポットの片側が２つの光スポットの合成によりトラック直交方向に広がっている。その拡がり範囲は１つのグルーブ部２０と１つのランド部２２にまたがる程度になっている。反射率の異なる記録部と未記録部とが混在するようなディスクにおいて、その両方の部分の境界を通過するときの変動がメイン光スポットとサブ光スポットとでほぼ同時である。このため、メインＴＥとサブＴＥとの演算によって得られるＤＰＰ信号の変動も小さくて済むメリットもある。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明にかかる光ピックアップ、光情報処理装置及び信号検出方法は、情報記憶媒体に情報を記録・再生するのに用いられ、映像や音楽およびＰＣ用データ等の記録・再生装置等として有用である。またコンピュータのデータやプログラムの保存、カーナビゲーションの地図データの保存等の用途にも応用できる。
【符号の説明】
【０１１９】
１１０    グレーティング素子
１１１，１２１    半導体レーザ素子
１０７，１１７    対物レンズ
１０８，１１８    光ディスク
１０１    受光素子
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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