(57)【要約】【課題】異なる溝ピッチを有する光ディスクに対して３ビームＤＰＰ方式でのサブスポットの最適位置がずれるので信号振幅の低下や先行スポットと後行スポットとの溝横断波の位相ずれによるトラッキング外れなどの課題がある。【解決手段】回折格子の周期位相が互いに異なる複数の領域を有するゾーン分割グレーティングにおいて回折効率を領域毎に異ならせ回折格子の格子ベクトルと直交する方向に回折効率の傾斜をつけるとともに、回折手段を通過する光の光軸に対して対称に同じ回折効率の領域を設けることでディスク面上でのサブビームの強度の非対称性を緩和する。これにより異なる溝ピッチのディスクに対するサブスポットの位置精度が緩和される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクに光を出射する光源と、
前記光の少なくとも一部を回折することにより、０次光のメインビームと、０次光を挟んで両側に＋１次光および−１次光から構成される一対のサブビームとを形成する回折手段と、
前記回折手段で回折されたメインビームおよび一対のサブビームを前記光ディスクの記録層へ集光する対物レンズと、
前記対物レンズで集光され、光ディスクで反射されたメインビームを検出する第１の光検出手段と、
前記対物レンズで集光され、光ディスクで反射されたサブビームを検出する複数の光検出器を有する第２の光検出手段と、
前記第１の光検出手段で検出された光量から、前記第２の光検出手段から得られる差動出力を演算し、トラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号を生成する演算手段と、
前記演算手段で演算された信号を用いて、トラッキングおよびフォーカス制御する制御手段とを備える光ディスク装置であって、
前記回折手段は回折格子の周期位相が互いに異なる複数の領域を有しており、かつ前記複数の領域間および領域内でそれぞれ回折格子の回折効率が互いに異なっており、回折格子の格子ベクトルと直交する方向に回折効率の傾斜がつけられているとともに、回折手段を通過する光の光軸に対して対称に同じ回折効率の領域が設けられていることを特徴とする光ディスク装置。
【請求項２】
回折手段は回折格子の周期位相が相対的にずれている３つの領域を有しており、中央部の周期位相を０°としてその両側の領域はそれぞれ−９０°、＋９０°の周期位相を有しており、各々の領域間で相対的に回折効率が互いに異なっているとともに各々の領域内でも回折効率が分布を有することを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
【請求項３】
回折効率差が最大の領域と最小の領域とで５：１から１５：１の差になっていることを特徴とする請求項１ないし２記載の光ディスク装置。
【請求項４】
回折効率の差が異なる領域に対応した形状で０次透過光の位相補正膜を回折素子が合わせて具備したことを特徴とする請求項１から請求項３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、レーザ光源を用いて光ディスク等の情報記録媒体に対して情報を光学的に記録あるいは再生する光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスク等の光情報記録分野において、例えばＣＤやＤＶＤ、ブルーレイ・ディスク等のように記録密度・容量や基材厚等、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。
【０００３】
このような装置においては、記録媒体に情報を記録・再生する光ピックアップに波長の異なる複数の光源が搭載されており、各々の光源を用いてそれが適した記録媒体への書き込みや消去、読み出しを行っている。
【０００４】
各種の記録媒体へ情報を正確に記録・再生する機能を担うためには異なる光学的条件、たとえば情報トラックが形成される溝ピッチの異なるディスク（例えばＤＶＤ−ＲＡＭは溝ピッチが１．２３μｍ、ＤＶＤ−ＲやＤＶＤ−ＲＷは溝ピッチが０．７４μｍ、ＣＤ−ＲやＣＤ−ＲＷは１．６μｍである）に対してディスク面上の集光スポットが精度良くトラック追従するためのトラッキング制御技術が一つの重要な技術となる。
【０００５】
以下、従来の光ピックアップにおけるトラッキング制御技術について説明する。異なる溝ピッチのディスクに対してトラッキング制御を行う技術手段としてインラインＤＰＰ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）法と呼ぶ方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
なお、ＤＰＰ法については特許文献３に詳細な原理が記載されており詳しい説明は省略するが、簡単にいうと光源からの光を回折素子により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ビームに分割し、それぞれがディスク面に集光されて出来るスポット（メインスポット、サブスポットＡ、サブスポットＢ）の反射光から得られるトラッキングエラー信号を使って数１の演算をすることでレンズシフトによるＤＣオフセットが補正された十分なＡＣ変調度を持つトラッキングエラー信号を得る方法である。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
図６（ａ）は特許文献２に示したインラインＤＰＰ法による回折素子の構成を示す平面図である。図のようにこの回折素子は素子の右半分と左半分とで回折格子の凹凸ピッチΛは同じだがちょうど１／２周期だけずれている（すなわち右半分と左半分とで回折格子の凹凸がちょうど反転している）。
【０００９】
このような左右境界をまたぐかたちで光源からの光が回折素子に入射すると０次光すなわちメインビームはまったく影響を受けないが、回折光であるサブビームは回折光束の右半分と左半分とで波面の位相が１８０°ずれたビームとなる。
【００１０】
このようなサブビームを図６（ｂ）に示すようにメインビームと同じトラック溝上に配置する。なお、サブビームによるスポットは光束断面の左右で位相が１８０°差があるためにその境界は光の干渉により相殺し合い光強度が小さくなる。したがって図のように２つのスポットが左右に並んだようなスポットとなる。  本方式の原理については特許文献２に詳細が記載されているので省略するが、通常メインスポット、サブスポットが同一のトラック溝上にあればそれぞれにより形成されるトラッキング信号はまったく同相になってしまう（すなわち数１の演算でＡＣ成分までキャンセルされてしまう）が、このような回折素子の構成を採用することでメインスポットとサブスポットとが互いに溝の凹凸の反転した位置にあるのと等価になり、メインスポットとサブスポットでそれぞれ形成されるＴＥ信号ＴＥ１，ＴＥ２は図６（Ｃ）に示すような逆相の形態となる。すなわち数１の演算によりＤＣオフセットはキャンセルされＡＣ成分は足し合わされる。
【００１１】
すなわちこの場合、メインスポットとサブスポットは同一トラック上に一直線に配置すればよいので異なるピッチのディスクに対応できることになる。
【００１２】
一方このような方式においては、レンズシフトが生じた場合に、演算後のＤＰＰ法によるＴＥ信号が振幅低下をおこすという、いわゆる視野特性の問題があった。このため以下のような方式が提案されている（特許文献１参照）。
【００１３】
図７（ａ）は別のインラインＤＰＰ方式による回折素子の平面図である。本構成において回折素子は３つの領域に分割されており、図中左側の領域から順番に回折格子の凹凸ピッチがちょうど１／４周期だけずれている。
【００１４】
すなわち左側領域と右側領域とでは回折格子の凹凸がちょうど反転しているため、同様の理由でインライン方式のＤＰＰ信号が得られる。
【００１５】
図７（ｂ）はレンズシフトに対するＤＰＰのＴＥ信号振幅の変化を表すグラフであり、図中の破線は図９に示した２分割の方式の特性を示す。対して実線で示したのが図１０（ａ）示す３分割の方式によるものである。
【００１６】
このように図７（ａ）の構成にすることでレンズシフト時のＤＰＰ＿ＴＥ信号振幅の低下が緩和される。これは中央に帯状にある幅を持つ位相が９０度ずれた領域があることでレンズシフトによる１８０°位相の異なる光束断面の境界が離れることによる。
【特許文献１】特許第３７９９３１８号公報
【特許文献２】特許第３５４９３０１号公報
【特許文献３】特公平４−３４２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら従来の光ピックアップでは以下の問題点があった。以下図８（ａ）から（ｄ）を用いてこれを説明する。
【００１８】
図８（ａ）に示す回折素子では３つの領域で連続的に１／４ピッチずつずれていることで位相傾斜が階段状になっている。このため全体としてみると図８（ａ）の破線で示したようなななめ方向の位相傾斜をもつ周期構造となる。
【００１９】
図８（ｂ）は図８（ａ）に示した回折素子により回折されたメインビームとサブビームのディスクの信号面における状態を示す。ディスク面上では本来、回折素子で回折された光がそれぞれディスク面に集光する際、上記３つの領域間の位相差により各々の境界の強度が干渉で弱められることで３つのスポットができている状態になる。しかしながら上記した回折格子のななめ方向の位相傾斜によりサブスポットの強度に図８（ｂ）に示すような非対称性が生じ、片側の光が強い左右の強度のアンバランスがあるスポットとなる。
【００２０】
実際、スポット強度としてはこのアンバランスの差が大きく実質的には左右のうち片側のみの一つのスポットに近い状態になる。
【００２１】
このためディスクの溝構造に対してこのスポットの最も強度の強い部分の中心近傍を１／２ピッチずれたところにのせるのが最もＤＰＰ−ＴＥの振幅が高い条件となる。
【００２２】
図８（ｃ）は異なる溝ピッチを有するＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−Ｒそれぞれについて図８（ａ）の回折素子の回転角に対するＤＰＰのＴＥ信号振幅をプロットしたものである。
【００２３】
図のようにＤＰＰのＴＥ信号振幅は周期的に変化するが、それぞれのディスクで最適な回転角は異なるのでそれらの折衷的な位置に合わせるしかなかった。（但し、全面にわたりピッチ段差のない単純な均一格子での場合に比べれば最適回転角（グラフのピーク部）は比較的近いところにあるので実用可能な乖離ではある）
異なる溝ピッチを有するディスクに対する回折素子の回転方向の調整位置が各々で微妙に異なるため、特性のばらつきを抑えるためにその調整精度を要するという問題があった。
【００２４】
また、図８（ｄ）はそれぞれ図８（ｃ）での折衷的な回転調整位置、すなわち理想的な位置からずれている場合でのメインスポットのＴＥ信号（ＴＥ１）とサブスポットＡのＴＥ信号（ＴＥ２）、サブスポットＢのＴＥ信号（ＴＥ３）を示す。このように回折素子の回転調整位置が理想的な位置からずれている分、先行ビーム（サブスポットＡ）と後行ビーム（サブスポットＢ）とでＴＥ信号波形の位相差が生じていた。このためディスクに信号を記録中の場合など先行スポットとサブスポットとで異なる信号面の反射条件にある場合などにはメインのＴＥとサブのＴＥとで位相ずれが生じＤＰＰのＴＥ信号振幅の低下やトラッキング制御の安定性において不利な面があった。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
この課題を解決するために、本発明の光ディスク装置は、
光ディスクに光を出射する光源と、
前記光の少なくとも一部を回折することにより、０次光のメインビームと、０次光を挟んで両側に＋１次光および−１次光から構成される一対のサブビームとを形成する回折手段と、
前記回折手段で回折されたメインビームおよび一対のサブビームを前記光ディスクの記録層へ集光する対物レンズと、
前記対物レンズで集光され、光ディスクで反射されたメインビームを検出する第１の光検出手段と、
前記対物レンズで集光され、光ディスクで反射されたサブビームを検出する複数の光検出器を有する第２の光検出手段と、
前記第１の光検出手段で検出された光量から、前記第２の光検出手段から得られる差動出力を演算し、トラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号を生成する演算手段と、
前記演算手段で演算された信号を用いて、トラッキングおよびフォーカス制御する制御手段とを備える光ディスク装置であって、
前記回折手段は回折格子の周期位相が互いに異なる複数の領域を有しており、かつ前記複数の領域間および領域内でそれぞれ回折格子の回折効率が互いに異なっており、回折格子の格子ベクトルと直交する方向に回折効率の傾斜がつけられているとともに、回折手段を通過する光の光軸に対して対称に同じ回折効率の領域が設けられていることを特徴とする光ディスク装置である。
【００２６】
あるいは回折手段は回折格子の周期位相が互いに異なる３つの領域を有しており、中央部の周期位相を０°としてその両側の領域はそれぞれ−９０°、＋９０°の周期位相を有しており、各々の領域間で相対的に回折効率が互いに異なっているとともに各々の領域内でも回折効率が分布を有することを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置である。
【００２７】
また、回折効率差が最大の領域と最小の領域とで５：１から１５：１の差になっていることを特徴とする請求項１ないし２記載の光ディスク装置である。
【００２８】
あるいは、回折効率の差が異なる領域に対応した計上で０次透過光の位相補正膜を回折素子が合わせて具備したことを特徴とする請求項１から請求項３記載の光ディスク装置である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、回折格子の回折効率を領域により異ならせることでサブスポットの強度の非対称性が緩和され、溝ピッチの異なる各種メディアに対する回折素子の最適な回転角の乖離が小さくなり、良好なトラッキング特性を得る。
【００３０】
また回折格子の回転調整精度が緩和されピックアップの製造性、信頼性  が向上する。
さらに先行と後行との溝横断波の位相差が小さくなり記録動作時などの安定性が向上する。
【００３１】
一方、周期位相をずらした３領域からなる回折素子の利点であるレンズシフト時のＴＥ
振幅劣化を防ぐ効果は維持される。
【００３２】
また回折素子を通過する０次光の光量に対しては影響が小さく、ディスク信号面で再生光、記録光に対する影響は小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図１から図３に基づいて説明する。なお従来例と共通の要素については、同一の番号を付し詳細な説明は省略する。
【００３４】
図１は実施の形態１に於ける光ピックアップの断面構成を示す。  図１に於いて複数の異なる波長の光を放射するレーザ光源１０１を出射する第１のレーザ光は、回折素子２により０次光（以降メインビームとよぶ）と＋１次回折光（以降サブビームＡとよぶ）、−１次回折光（以降サブビームＢとよぶ）とに分岐され、これらの光は光分岐素子１０３を透過し、コリメートレンズ１０４により平行光に変換され、１／４波長板１０５により直線偏光（Ｓ波またはＰ波）から円偏光に変換された後、反射ミラー１０６を反射し、対物レンズ１０７により集光されて光ディスクの信号面１０８上に集光スポットを結ぶ。このとき信号面１０８上には回折素子１０２で分岐されたメインビームによる集光スポット（以下これをメインスポットとよぶ）、サブビームＡによる集光スポット（以下これをサブスポットＡとよぶ）、およびサブビームＢによる集光スポット（以下これをサブスポットＢと呼ぶ）の３つの光スポットが形成される。これらのスポットは信号面１０８を反射し、対物レンズ１０７、反射ミラー１０６を経て１／４波長板１０５により直線偏光（Ｐ波またはＳ波）に変換され、コリメートレンズ１０４を経て光分岐素子１０３で反射され検出レンズ１１０を経て光検出器１１１に入射する。
【００３５】
またレーザ光源１を出射する第２のレーザ光は、回折素子２によりメインビーム、サブビームＡ、サブビームＢとに分岐され、同様の経路を経て基材厚の異なる光ディスクの信号面１０８‘上に集光スポットを結ぶ。これらのスポットは信号面１０８’を反射し、光学系の逆の経路をたどって光分岐素子１０３で反射され検出レンズ１１０を経て光検出器１１１に入射する。
【００３６】
図２は発明の実施形態における回折素子２の平面図である。図２において回折格子は３つの領域に分割されている。各々の領域で回折格子の周期構造のピッチは同じであるがその周期位相はずれている。すなわち中心領域Ｄ１に対し左側領域Ｄ２では位相が１／４ピッチ分図の上側にずれ、反対に右側領域Ｄ３では中心領域Ａに対し１／４ピッチ分図の下側にずれている。このようなずれによりこの回折格子で回折される光の位相は中心領域Ａを通過する光の波面を基準（０°）として左側領域Ｂを通過する光の波面は−９０°、右側領域Ｃを通過する光の波面は＋９０°だけずれる。すなわち左側領域Ｂと右側領域Ｃとでは１８０°位相がずれている。
【００３７】
回折格子で回折されない光、すなわち０次光はこれらの領域分割に関係なく位相段差を持たない波面として透過する。
【００３８】
また本発明による回折素子においては太い破線で囲んだ領域Ｄ４は回折効率が高く、細い破線で囲んだ領域（網掛けの領域）Ｄ５については回折効率が低くなっている。
【００３９】
具体的にはこれらの領域で回折格子の深さが異なっている。一般に回折格子の深さをｄ、回折格子の凹部、凸部の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２とするとこの間の位相差は、下記の数式２で表される。
【００４０】
【数２】
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【００４１】
φ＝２ｍπ（ｍは整数）のとき、回折効率が最大、φ＝（２Ｍ＋１）πのとき回折効率は最小となる。
【００４２】
したがってこの最大と最小の間では中間的な効率が設定でき、この深さをパラメータにすれば異なる領域間で回折効率を異ならせることが出来る。具体的にはパターンエッチングにより深さを部分的に異ならせて作成することが出来る。
【００４３】
また回折素子を透過する０次光であるメインビームの光量にくらべればサブ光の光は小さい。一般的な３ビーム方式ではメインビームに対し回折光量は１／１０ないし１／１５である。したがってメイン光からみて例えば１／１５のサブ光の中での効率の差別化はほとんど同じである。例えばＤ４領域とＤ５領域とで５：１の強度差をつけてもメインビームとの比では１：１５と０．２：１５との違いであり、これらの領域間でのメイン光の強度差としては１５：１５．８程度である（サブビームで減った１−０．２＝０．８がメインビームの増加分になる）。このためメイン光の強度ムラといった影響は少ない。
【００４４】
Ｄ４領域とＤ５領域との回折効率差が大きい方が望ましいが、強度ムラへの影響を考慮して最大領域と最小領域とで５：１から１５：１の間の範囲くらいが望ましい。
【００４５】
図２（ｂ）はディスク信号面でのメインスポットおよびサブスポットＡ，Ｂを示す図である。背景技術で説明したようにディスク面上ではサブスポットＡ（またはＢ）は本来周期位相の異なる３つの領域でから出た光がそれぞれ位相差を持っていることで３つのスポットになるが、従来の回折格子では位相ずらし配列で片側の領域からの光強度が強くなっていたのに対して、本発明に示す回折格子では領域間で回折効率に差があることで左右の光強度差が緩和され、本来形成したいインラインのスポット形状に近づく。
【００４６】
図３は本発明における光ピックアップの回折素子の回転角に対するトラッキングエラー信号の振幅変化を示す図である。図に示すようにＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＣＤといったトラックピッチの異なるディスクに対して回折格子の回転角と３ビームＤＰＰ法によるトラッキングエラー信号の振幅のピークは完全には一致しないが、従来よりそのピ−クを近づけることができるので回転誤差に強くなる。また最適位置からのずれが小さいため前スポットと後スポットとでそれぞれ形成されるＴＥ信号の位相差が小さく、記録時に先行ビームが反射率の異なる領域にかかってもその影響は低減できる。
【００４７】
図４（ａ）は本発明の別の実施形態である回折素子を示す平面図である。図４（ａ）では回折効率が異なる領域が２種類ではなく３種類になっており、ステップ上に傾斜を有している。
【００４８】
本実施のように回折効率の異なる領域は３種類以上の複数でも良くまた位置により連続的な効率傾斜を有していても良い。
【００４９】
図４（ｂ）はさらに本発明の別の実施形態である回折素子を示す平面図である。図４（ｂ）では位相周期の異なる３つの領域が上半分と下半分とでずらして形成されている。このような構成によれば効率差だけでなく位置をパラメータにしてサブスポットの左右のアンバランスを低減することが出来る。
【００５０】
図５は本発明の別の発明として位相補正膜を設けた素子の構成を示す図である。先の説明で領域により回折格子の深さを変えることで効率差を設けることが出来るが深さが異なることでわずかではあるが平均的な素子の厚みも厳密には変わる。このため図５に示す素子では効率の異なる領域、すなわち平均的な厚みの異なる領域で生ずる位相差を補正する位相補正透過膜を設けている。これにより回折素子を透過する０次光の光束内で生ずる位相差を補正し、ディスク面での集光品質をさらに高めることができる。
【００５１】
以上のように本発明によれば、回折格子の回折効率を領域により異ならせることでサブスポットの強度の非対称性が緩和されるので溝ピッチの異なる各種メディアに対して回折素子の最適な回転角の乖離が小さくなり、良好なトラッキング特性を得るとともに回折格子の回転調整精度が緩和されるのでピックアップの製造性、信頼性が向上する。
【００５２】
一方、周期位相をずらした３領域からなる回折素子の利点であるレンズシフト時のＴＥ振幅劣化を防ぐ効果は維持されるので光ピックアップの性能向上につながる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる光ディスク装置は、レーザ光源を用いて光ディスク等の光情報記録装置に対して情報を光学的に記録あるいは再生する光情報記録装置等の光ピックアップとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態の光ピックアップにおける光学系の図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態の光ピックアップにおける回折素子の平面図、（ｂ）本発明の実施の形態の光ピックアップにおける回折素子による回折光のディスク面での光分布を示す図
【図３】本発明における光ピックアップの回折素子の回転角に対するトラッキングエラー信号の振幅変化を示す図
【図４】（ａ）本発明の別の実施の形態の光ピックアップにおける回折効率を３種類に異ならせた回折素子の平面図およびその回折効率の分布を示す図、（ｂ）本発明のさらに別の実施形態である領域パターンを変えた回折素子の平面図
【図５】本発明の別の実施の形態の光ピックアップにおける回折素子の平面図および断面図
【図６】（ａ）従来の光ピックアップにおける回折素子の平面図、（ｂ）従来の光ピックアップにおける回折素子による回折光のディスク面での光分布を示す図、（ｃ）従来のピックアップによるトラッキングエラー信号示す図
【図７】（ａ）別の従来の光ピックアップにおける回折素子の平面図、（ｂ）従来の光ピックアップにおけるレンズシフトに対するトラッキングエラー信号振幅の変化を示す図
【図８】（ａ）従来の光ピックアップにおける回折素子の平面図、（ｂ）従来の光ピックアップにおける回折素子による回折光のディスク面での光分布を示す図、（ｃ）従来の光ピックアップにおける回折素子の回転角に対するトラッキングエラー信号の振幅変化を示す図、（ｄ）従来の光ピックアップにおけるトラッキングエラー信号を示す図
【符号の説明】
【００５５】
２    回折素子
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ    光検出器
１０１    光源
１０２    回折素子
１０３    分岐素子
１０４    １／４波長板
１０５    コリメートレンズ
１０６    反射ミラー
１０７    対物レンズ
１０８，１０８’    ２光ディスクの信号面
【図１】
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【図３】
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【図２】
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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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