JP2008130167A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トラッキング誤差信号に対する迷光干渉縞の影響を効果的に抑制し得る光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】シリンドリカルレンズ１６と光検出器１７の間に回折素子２０を配する。回折格子１２の位相変調作用によって光検出器１７の受光面上に生じる迷光干渉縞は、回折素子２０による回折作用によって細分化される。これにより、受光面上における迷光の強度分布の起伏は小さく抑えられる。よって、光ディスク傾きや光路長の時間的変化、あるいは、光ディスク基板の厚さむらや複屈折分布むら等に起因して、迷光干渉縞が受光面上においてシフトしても、光検出器の出力変動は小さく抑制される。本発明によれば、トラッキング誤差信号に対する迷光干渉縞の影響を効果的に抑制し得る光ピックアップ装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、特に、複数の記録層が積層配置されたディスクにレーザ光を照射する際に用いて好適なものである。

ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の光ディスクに対し情報を記録再生する光ディスクドライブには、レーザ光をディスク記録面上に収束させるための光ピックアップ装置が配備されている。

図７に、光ピックアップ装置の基本構成を示す。図において、１１は半導体レーザ、１２は回折格子、１３はビームスプリッタ、１４はコリメータレンズ、１５は対物レンズ、１６はシリンドリカルレンズ、１７は光検出器である。

半導体レーザ１１から出力されたレーザ光は、回折格子１２によりメインビーム（０次回折光）と２つのサブビーム（±１次回折光）に分割され、ビームスプリッタ１３に入射される。ビームスプリッタ１３を透過したレーザ光は、コリメータレンズ１４によってほぼ平行光に変換され、対物レンズ１５によってそれぞれディスク記録面上に集光される。

ディスクからの反射光は、ディスク入射時の光路を逆行し、その一部が、ビームスプリッタ１３によって反射される。そして、シリンドリカルレンズ１６によって非点収差が導入された後、光検出器１７の受光面上に集光される。なお、図７に示す構成例では、フォーカスエラーの検出手法として非点収差法が用いられている。

図８（ａ）は、ディスク記録面上における３ビーム（メインビーム、サブビーム）のスポット配置を示す図である。なお、同図には、グルーブとランドが配されたディスク上に３ビームを集光したときの状態が示されている。

図示の如く、記録再生動作時において、メインビームはグループ上に集光され、２つのサブビームは当該グルーブを挟む両側のランドにそれぞれ集光される。なお、このスポット配置は、後述する差動プッシュプル法によるトラッキングエラー検出を良好に行うためのものである。

図８（ｂ）は、ディスク記録面上におけるメインビームと２つのサブビームの光強度分布を示す図である。

ディスクへの記録はメインビームのみで行われ、２つのサブビームはトラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号の生成に用いられる。ここで、メインビームの光強度は、サブビームの光強度よりも数段高く設定されている。これは、半導体レーザ１１からのレーザ出力を、記録の際に、効率よく利用するためである。すなわち、ディスクに対する記録速度は、記録面上におけるレーザ光の強度が高いほど高速となる。このため、記録に用いるメインビームの強度配分の方が数段高くなるよう、半導体レーザ１１からのレーザ出力が、メインビームとサブビームに配分される。

なお、メインビームとサブビームの光強度比は回折格子１２の回折効率（通常は格子深さ）で決まる。通常、メインビームの強度は、サブビームの強度の１０〜１８倍とされる。この比率は、そのまま光検出器１７の受光面上におけるメインビームとサブビームの強度比に反映される。

図９（ａ−１）〜（ａ−３）は、差動プッシュプル法によるトラッキングエラーの検出の原理を説明する図である。

同図中、１７１、１７２、１７３は、光検出器１７上に配置された４分割センサである。メインビームは、４分割センサ１７１によって受光され、２つのサブビームは、それぞれ、４分割センサ１７２、１７３によって受光される。なお、同図には、４分割センサ１７１、１７２、１７３上におけるメインビームとサブビームの集光スポットが示されている。また、各スポット内には、光強度分布が模式的に示されており、光強度の高い部分ほど黒の塗りつぶしに近づくようハッチングされている。

４分割センサ１７１、１７２、１７３の各センサ部を、図示の如く、Ａ〜Ｌで表し、センサ部Ａ〜Ｌの検出出力をそれぞれＰＡ〜ＰＬとすると、差動プッシュプル信号（ＤＰＰ）は、次式で与えられる。
DPP={(PA+PB)−(PC+PD)}−k1・{(PE+PF+PI+PJ)−(PG+PH+PK+PL)｝ …（１）

ここで、係数ｋ１は、サブ受光部の感度倍率に相当し、メインビームの検出出力が２つのサブビームの検出出力の合計に等しくなるように設定される。

上記図８（ａ）に示す如く、メインビームがトラック（グルーブ）の中心位置に集光された状態にあるとき、光検出器１７の受光面上におけるメインビームと２つのサブビームのスポット状態は、図９（ａ−２）のようになる。この場合、各スポットの光強度分布は、４分割センサの一つの分割線に対して対称となる。したがって、上記式（１）の演算を行うと、差動プッシュプル信号（ＤＰＰ）は、ＤＰＰ＝０となる。

上記図８（ａ）に示す状態から、メインビームがラディアル方向（紙面上下方向）に変位すると、光検出器１７の受光面上におけるメインビームと２つのサブビームのスポット状態は、図９（ａ−１）または（ａ−３）のようになる。なお、同図（ａ−１）および（ａ−３）は、それぞれ、メインビームがトラック中心からディスク外周方向および内周方向にトラックズレを起こしたときの状態を示している。

この場合、受光面上におけるメインビームと２つのサブビームの光強度分布は、紙面左右方向の何れかに偏った状態となる。同図（ａ−１）と（ａ−３）を比較して分かるとおり、各スポット内における光強度分布の偏り方向は、メインビームのトラックズレ方向に応じて逆方向となる。また、メインビームとサブビームとでは、光強度の偏る方向が逆になっている。なお、光強度が偏る方向と３つのスポットの並び方向（トラック方向）が直交する方向でないのは、非点収差作用によりスポット内の強度分布が９０度変換されているためである。

したがって、上記式（１）の演算を行うと、差動プッシュプル信号（ＤＰＰ）は、同図（ａ−１）の状態において負の値となり、同図（ａ−３）の状態では正の値となる。よって、差動プッシュプル信号（ＤＰＰ）に基づいて、ディスク上におけるメインビームのトラックずれを検出することができる。

なお、いわゆる１ビームプッシュプル法では、メインビームのみからプッシュプル信号が生成され、これをもとに、メインビームのトラックズレが検出される。ところが、この手法によれば、ディスクの傾斜や対物レンズの光軸ずれ等でプッシュプル信号にＤＣオフセットが発生し、これに起因して、トラックズレの検出精度が劣化する。これに対し、上記差動プッシュプル法では、ＤＣオフセットが式（１）の演算によってキャンセルされるため、トラックズレの検出精度を高めることができる。

図９（ｂ-１）〜（ｂ−３）は、差動非点収差法によるフォーカスエラー検出の原理を説明する図である。この場合、光検出器１７の受光面上におけるメインビームとサブビームの集光スポットは、フォーカスズレに応じて、真円形状から楕円形に変化する。

メインビームがディスク記録面上に合焦しているとき、光検出器１７の受光面上におけるメインビームとサブビームのスポット形状は、同図（ｂ−２）のように略真円になる。これに対し、メインビームの焦点位置がディスク記録面に対して前後にずれると、光検出器１７の受光面上におけるメインビームとサブビームのスポット形状は、同図（ｂ−１）または（ｂ−３）のように変形する。

この場合、差動非点収差信号（ＤＡＳ）は次式で与えられる。
DAS={(PA+PC)−(PB+PD)}−k2・{(PE+PG+PI+PK)−(PF+PH+PJ＋PL)｝…（２）

ここで、ｋ２は、上述のｋ１と同等の意味をもつ係数である。

図９（ｂ−２）に示すオンフォーカスの状態では、光検出器１７の受光面上におけるメインビームとサブビームのスポット形状が略真円であるため、式（２）の演算を行うと、差動非点収差信号（ＤＡＳ）は、ＤＡＳ＝０となる。これに対し、メインビームの焦点位置が記録面から前後にずれると、各ビームのスポット形状は、図９（ｂ−１）（ｂ−３）に示す如く、フォーカスズレの方向によって異なる方向に楕円形に変化するため、式（２）の演算を行うと、差動非点収差信号（ＤＡＳ）が負（同図（ｂ−１）の場合）になったり正（同図（ｂ−３）の場合）になったりする。よって、差動非点収差信号（ＤＡＳ）に基づいて、ディスク記録面上におけるメインビームのフォーカスずれを検出することができる。

ところで、トラックズレ検出の場合と同様、フォーカスズレ検出の場合も、メインビームのみからフォーカスエラー信号を生成することができる。しかしながら、メインビームのみからフォーカスエラー信号を生成すると、ディスク上におけるスポットのトラック横断時に、プッシュプル信号がノイズとしてフォーカスエラー信号に重畳され、良好なフォーカスエラー信号を得ることができないとの問題が生じる。これに対し、上述の差動非点収差法では、上記式（２）の演算によって、ノイズとしてのプッシュプル信号がキャンセルされるため、良好なフォーカスエラー信号を得ることができる。

以上説明したように、トラッキングエラー信号とフォーカスエラー信号の高精度化を図るために、サブビームに基づく検出信号が重要な役割を果たしている。

ところで、ディスクに対する記録情報の高容量化の要請を受けて、複数の記録層が積層配置されたディスク（以下、「多層ディスク」と称する）が開発され商品化されている。現在商品化が進められている次世代ＤＶＤにおいても、波長４００ｎｍ程度の青色レーザ光に対応する記録層を積層配置することができる。

この種の多層ディスクにおいても、上記差動プッシュプル法および差動非点収差法を用いることができる。しかし、これらの手法を多層ディスクに対して用いると、記録再生対象以外の記録層からの反射光（迷光）が光検出器１７に入射され、これにより、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号の精度が低下するとの問題が生じる。いわゆる、迷光による信号劣化の問題である。

図１０に、２つの記録層を有する多層ディスクにレーザ光を集光させた場合の迷光の発生状態を示す。図中、信号光（記録再生対象の記録層からの反射光）は実線で示され、迷光は破線で示されている。

同図（ａ）は、光ピックアップ装置からのレーザ光が記録層Ｌ１に集光されている場合を示している。この場合、記録層Ｌ１を透過し記録層Ｌ０で反射された光が迷光となる。記録層Ｌ０で反射された光は、記録層Ｌ１よりも対物レンズ１５から遠い位置を起点とする発散光となるので、対物レンズ１５を透過した後は平行光よりもやや収束した状態となる。したがって、コリメータレンズ１４によるこの光の焦点は光検出器１７の受光面よりもディスク側に近づき、よって、光検出器１７の受光面上では大きく広がったスポットになる。

同図（ｂ）は、光ピックアップ装置からのレーザ光が記録層Ｌ０に集光されている場合を示す図である。この場合は、記録層Ｌ１で反射された光が迷光となる。記録層Ｌ１で反射された光は、記録層Ｌ０よりも対物レンズ１５に近い位置を起点とする発散光となるので、対物レンズ１５を透過した後は平行光よりもやや発散した状態となる。したがって、コリメータレンズ１４によるこの光の焦点は光検出器１７の受光面よりもディスクから離れ、よって、光検出器１７の受光面上では大きく広がったスポットになる。

図１１は、光検出器１７の受光面上における迷光の照射状態を示す図である。この場合、迷光は、４分割センサ１７１、１７２、１７３の全てをカバーするようにして受光面上に照射される。なお、迷光には、メインビームと２つサブビームに基づく３つの迷光があり、サブビームの迷光もメインビームの迷光と重なるようにして受光面に入射する。しかし、サブビームの迷光は、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号に対する影響としてほとんど問題にならない光強度にあるため、図１１には、便宜上、メインビームの迷光のみを示している。

図１２は、光検出器１７の受光面上における信号光と迷光の光強度分布を示す図である。なお、後述の如く、迷光は、回折格子１２の位相変調作用によって、光検出器１７の受光面上において干渉縞となっているため、実際の迷光の強度分布は、この干渉縞に応じて波状に強弱を繰り返すものとなっている。図１２における迷光の強度分布は、干渉縞による強度変化の包絡線を表している。

図示の如く、迷光のピーク強度は、メインビームによる信号光のピーク強度に比べるとかなり低くなる。このため、メインビームの信号光に対する迷光の影響はさほど問題とはならない。これに対し、サブビームの位置における迷光の光強度は、サブビームによる信号光の強度に接近しているため、迷光の挙動がサブビームの検出信号に対して強い影響を及ぼすことがある。

図１３は、迷光によって受光面上に生じる干渉縞を模式的に示したものである。図示の如く、干渉縞の間隔は、通常、１組の４分割センサに数本の干渉縞が掛かる程度の大きさとなる。ここで、４分割センサに対する干渉縞の入射位置が固定されていれば、適宜信号処理を施すことによって、サブビームの検出信号に対する干渉縞の影響を取り除くことができる。しかし、実際には、４分割センサに対する干渉縞の入射位置は、たとえば、図１３および図１４（ａ）（ｂ）の領域Ｓ１を比較して分かるとおり、時間の経過とともに変化する。これは、光ディスク傾きや光路長の時間的変化、あるいは光ディスク基板の厚さむらや複屈折分布むら等が原因と考えられる。

この場合、上述の焦点誤差信号（差動非点収差信号：ＤＡＳ）については、干渉縞１本内の光強度変化が無いと仮定すると、数式（２）の演算により、干渉縞の位置変化による影響は互いに打消し合うこととなる。しかし、トラッキング誤差信号（差動プッシュプル信号：ＤＰＰ）は、数式（１）の演算を行っても、互いに打消し合うこととはならない。

干渉縞の位置変化がトラッキング誤差信号に与える影響を、図１５を参照して説明する。なお、ここでは、図１３および図１４の領域Ｓ１付近における干渉縞の変化例を、図１５（ａ）〜（ｃ）に例示する。また、光ディスク上では、メインスポットがトラック中心にあり、光検出器１７上における信号スポットは、図９の（ａ−２）の状態にあるとする。

この場合、メインビームとサブビーム内の光強度分布は、一つのセンサ分割線（４分割センサ１７２をセンサ部Ｅ、Ｆとセンサ部Ｈ、Ｇに分割する線）に対して対称となっているので、迷光の影響が無ければ、上記数式（１）の演算により、トラッキング誤差信号ＤＰＰは、ＤＰＰ＝０となる。しかし、迷光の影響を考え合わせると、たとえば、迷光の干渉縞が、光検出器１７の受光面に対し図１５（ａ）の位置にある場合には、迷光の強度分布は上記センサ分割線に対して非対称となり、このため、上記数式（１）による演算結果は、０以外の値を取ることとなる。

また、迷光の干渉縞が同図（ａ）の状態から同図（ｂ）の状態に変化した場合には、センサ部ＥとＦの領域（Ｅ＋Ｆ）では図中のＩＥＦ１の面積に対応する光量が増加する。一方、センサ部ＧとＨの領域（Ｇ＋Ｈ）では、図中のＩＧＨ１の面積に対応する光量が増加し、且つ、ＤＧＨ１の面積に対応する光量が減少するが、この場合、ＩＧＨ１の面積よりもＤＧＨ１の面積の方が広いため、センサ部ＧとＨの領域（Ｇ＋Ｈ）では、同図（ａ）の場合に比べ、トータルの受光量は減少することとなる。したがって、同図（ｂ）の状態における上記数式（１）による演算結果（トラッキング誤差信号ＤＰＰ）は、同図（ａ）の場合からさらに変化することとなる。

さらに、迷光の干渉縞が同図（ｂ）の状態から同図（ｃ）の状態に変化した場合には、センサ部ＥとＦの領域（Ｅ＋Ｆ）では、図中のＩＥＦ２の面積に対応する光量が増加し、ＤＥＦ２の面積に対応する光量が減少するが、ＤＥＦ２の面積よりもＩＥＦ２の面積の方が広いため、トータルの受光量は、同図（ｂ）の場合に比べ増加する。一方、センサ部ＧとＨの領域（Ｇ＋Ｈ）では、ＩＧＨ２の面積に対応する光量が増加し、ＤＧＨ２の面積に対応する光量が減少するが、両面積は略同じ広さであるため、トータルの受光量は、同図（ｂ）の場合に比べほとんど変化しない。したがって、同図（ｃ）の状態における上記数式（１）による演算結果（トラッキング誤差信号ＤＰＰ）も、同図（ｂ）の場合からさらに変化することとなる。

このように、迷光干渉縞の位置が時間的に変化することに応じて、トラッキング誤差信号の大きさが逐次変化することとなる。ここで、迷光干渉縞の位置は、通常、トラッキング誤差信号と同等の周波数で変化するため、トラッキング誤差信号に対する迷光干渉縞の影響は、強いノイズとなって生じることとなる。

上述のように、サブビームは、トラッキングエラー信号とフォーカスエラー信号の高精度化において重要な役割を担っている。このため、このようにサブビームの受光面上における迷光干渉縞の位置が変化すると、トラッキングエラー信号に大きな劣化が生じ、その結果、光ピックアップ装置全体の性能が著しく低下する惧れがある。

このような問題を解消する手法として、以下の特許文献１、２に示す手法が提案されている。

図１６（ａ）は、特許文献１にて提案された光ピックアップ装置の構成例である。この構成例では、レーザ光の光路中に遮光部材が挿入され、この遮光部材上に設けられた遮光部によって迷光が遮断される。この場合、光検出器の受光面上におけるメインビームとサブビームのスポット状態と迷光の照射状態は、同図（ｂ）に示すものとなる。

図示の如く、この構成例によれば、４分割センサに対する迷光の入射が防止される。しかし、その反面、信号光の一部も遮光部によって同様に遮断され、このため、光検出器の受光面上におけるメインビームとサブビームのスポット内に反射光の欠落領域（図中、“Ｎ”で示した領域）が生じてしまう。この場合、特に、メインビームの信号光スポット内における欠落が問題となる。すなわち、この欠落は、光強度の強いスポット中央部において生じるため、ＲＦ信号やフォーカスエラー信号の品質が著しく低下するとの問題が発生する。

図１７（ａ）は、特許文献２にて提案された光ピックアップ装置の構成例である。この構成例では、コリメータレンズと対物レンズの間の平行光中に２つの臨界角面（第１臨界角面、第２臨界角面）を有するプリズムが配置される。ここで、第１臨界角面と第２臨界角面は、所定の入射角（臨界角）以上の光のみ反射する。このため、迷光は、第１臨界角面においてその半分が遮断され、第２臨界角面において残りの半分が遮断される。

この場合、臨界角条件は急峻であるため、同図（ｂ）に示す如く、光検出器の受光面上における迷光は、ほぼ消失することとなる。しかし、その反面、サブビームによる信号光も、平行光状態からずれた状態でプリズムに入射されるため、第１臨界角面と第２臨界角面に入射する際に同様に遮断され、同図（ｂ）に示す如く、光検出器の受光面上にはサブビームの信号光が導かれないこととなってしまう。
特開２００５−６３５９５号公報 特開２００２−３６７２１１号公報

本発明は、迷光干渉縞の影響を効果的に抑制し得る光ピックアップ装置を提供することを課題とする。

本発明は、光検出器上の迷光干渉縞を細分化することにより、各種信号に対する迷光干渉縞の影響を抑制するものである。

請求項１の発明は、積層方向に複数の記録層を有するディスクに対しレーザ光を照射する光ピックアップ装置において、前記レーザ光を出射する光源と、前記レーザ光をメインビームと２つのサブビームに分割する回折格子と、前記メインビームと２つのサブビームを前記複数の記録層のうちターゲットとされる記録層上に収束させる対物レンズと、前記メインビームと前記２つのサブビームの前記ターゲット記録層からの反射光をそれぞれ個別に受光する３つの受光部を有する光検出器と、前記光源から前記対物レンズに向かう前記レーザ光と前記光検出器に向かう前記反射光とを分離するビーム分岐素子と、前記ビーム分岐素子と前記光検出器の間に配されるとともに、前記回折格子における光学作用によって生じる、前記ターゲット記録層以外の記録層からの反射光の前記受光部上における干渉縞を、さらに細分化する回折素子とを有することを特徴とする。

本発明によれば、干渉縞が受光部上において細分化されるため、受光部上における迷光の強度変化の起伏が小さく抑えられる。このため、干渉縞の位置が受光部上で変位しても、これにより、受光部からの信号に大きな変化が生じることはない。よって、本発明によれば、干渉縞の変位によって生じるトラッキング誤差信号の劣化を円滑に抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記回折素子は、当該回折素子によって回折された０次回折光と±１次回折光の前記受光部上における間隔ｐが、当該回折素子を配さない場合に前記受光部上に生じる前記干渉縞の間隔Ｑよりも小さくなるよう構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、以下のとおり、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号の劣化を抑制することができる。すなわち、光検出器の前段に回折素子を配すると、メインビームとサブビームがそれぞれこの回折素子によって回折されるため、受光部上におけるメインビームとサブビームの収束スポットは、それぞれ、３つのスポットが少しずつずれて重なった状態となる。しかし、このように収束スポットが３つに分かれると、収束スポットが一つの場合に比べて、フォーカス誤差信号やトラッキング誤差信号に劣化が生じ易くなる。この劣化は、収束スポットのずれ量の大きさに応じて大きくなる。他方、収束スポットのずれ量は、回折素子によって回折された０次回折光と±１次回折光の受光部上における間隔ｐに依存する。

請求項２の発明によれば、間隔ｐが間隔Ｑよりも小さく抑えられるため、収束スポットのずれ量を小さく抑えることができ、よって、フォーカス誤差信号やトラッキング誤差信号に生じる劣化を抑制することができる。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光ピックアップ装置おいて、前記回折素子は、当該回折素子によって回折された±１次回折光による干渉縞が前記受光部上において互いに重なり合わないよう構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、以下のとおり、干渉縞の細分化を円滑に行うことができる。すなわち、回折素子によって回折された±１次回折光による干渉縞が受光部上において互いに重なり合うときの状態は、当該回折素子を配さない場合の元の干渉縞の一本一本がそれぞれ２つに分離されたときの状態と等価となる。この場合、干渉縞の細分化は、元の干渉縞を３つに分離する場合に比べて、細分化の程度が低くなり、このため、迷光の強度変化の起伏は、元の干渉縞を３つに分離する場合よりも大きくなる。よって、この場合には、元の干渉縞を３つに分離する場合よりも、トラッキング誤差信号に対する干渉縞の影響が大きくなる。

請求項３の発明によれば、回折素子によって回折された±１次回折光による干渉縞が受光部上において互いに重なり合わないため、元の干渉縞は、受光部上において３つの干渉縞（０次回折光による干渉縞と±１次回折光による干渉縞）に細分化される。よって、請求項３の発明によれば、受光部上における迷光の強度変化の起伏を円滑に抑制することができ、もって、トラッキング誤差信号に対する干渉縞の影響を抑制することができる。

請求項４の発明は、請求項１または２に記載の光ピックアップ装置において、前記回折素子は、当該回折素子によって回折された０次回折光群と±１次回折光群による干渉縞が前記受光部上において等間隔となるよう構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、干渉縞が受光部上において等間隔となるため、受光部上における迷光の強度変化の起伏を最も小さく抑制することができる。よって、本発明によれば、トラッキング誤差信号に対する干渉縞の影響を最も効果的に抑制することができる。

請求項５の発明は、請求項４に記載の光ピックアップ装置において、前記回折素子は、当該回折素子によって回折された０次回折光と±１次回折光の前記受光部上における間隔ｐが、当該回折素子を配さない場合に前記受光部上に生じる前記干渉縞の間隔Ｑの１／３となるよう構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、干渉縞が受光部上において等間隔となるため、上記請求項４の効果が奏される。加えて、この発明によれば、干渉縞を受光部上において等間隔とするための間隔ｐのうち最小の間隔が選択されるため、上記請求項２の発明の効果の説明にて述べた如く、収束スポットのずれ量を小さく抑えることができ、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号に生じる劣化を抑制することができる。すなわち、この発明によれば、トラッキング誤差信号に対する干渉縞の影響を最も効果的に抑制でき、同時に、収束スポットのずれによるフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号の劣化を効果的に抑制することができる。

請求項６の発明は、請求項１ないし５の何れか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記回折素子と前記光検出器は一体化されていることを特徴とする。

この発明によれば、回折素子と光検出器の間の距離を調整する必要がないため、光学系をアセンブルする際の作業性を向上させることができる。また、回折素子と光検出器の距離が適正値に固定されるため、上記各発明による効果を適正に発揮させることができる。

なお、請求項６の発明における回折素子と光検出器の一体化は、たとえば、請求項７に記載の構成によって実現され得る。すなわち、この一体化は、光検出器のベース部に凹部を形成し、この凹部内にセンサ部を配置し、さらに、前記凹部を塞ぐようにして、回折素子を、ベース部の上面に固着することにより実現される。

請求項８の発明は、請求項１ないし７の何れか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記回折素子は、前記メインビームと前記サブビームが空間的に分離される位置に配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、メインビームと２つのサブビームを、入射領域が重ならない状態で、回折素子に入射させるこができる。よって、メインビームと２つのサブビームに対し適正な回折作用を付与することができる。

請求項９の発明は、請求項８に記載の光ピックアップ装置において、回折素子のうち、前記メインビームが通過する領域には回折作用を発現するための構造が形成されておらず、前記２つのサブビームが通過する領域に回折作用を発現するための構造が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、上記請求項２の効果の説明において述べた収束スポットのずれによるフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号の劣化を効果的に抑制することができる。すなわち、これら信号の劣化は、特に、高強度のメインビームを受光する受光部からの信号に起因して発生する。これに対し、請求項９の発明によれば、メインビームは回折素子による回折作用を受けないため、当該メインビームの収束スポットは受光部上において３つに分割されず、唯一つの収束スポットのみが受光部に投影される。したがって、請求項９の発明によれば、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号の劣化を効果的に抑制することができる。

以上のとおり、本発明によれば、各種信号特性に対する迷光干渉縞の影響を効果的に抑制し得る光ピックアップ装置を提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

図１（ａ）に、実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す。なお、図７の構成例と同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。

本実施の形態では、シリンドリ力ルレンズ１６と光検出器１７の間に回折素子２０が配されている。ここで、回折素子２０は、たとえば、同図（ｂ）に示すように、透明基板２０１の表面に、凹凸による格子部２０２を形成した、最も一般的な表面レリーフ型回折格子とすることができる。なお、回折素子２０の設計方法は、追って、図４を参照して説明する。

図２（ａ）は、回折素子２０を配したときの光検出器１７上における迷光干渉縞および信号スポットの様子を模式的に示す図である。図示の如く、本実施の形態では、回折素子２０による回折作用によって、図１３および図１４に示す迷光干渉縞の一本一本がそれぞれ３分割され、全体として細かい縞となっている。なお、このとき、同時にメインビームとサブビームもそれぞれ回折されるため、センサ部上におけるメインビームとサブビームの収束スポットは、図示の如く、それぞれ、３つのスポットが少しずつずれて重なった状態となる。

図２（ｂ）は、図１３および図１４の領域Ｓ１に相当する部分の光強度分布を示す模式図である。上記の如く、迷光干渉縞は、回折素子２０による回折作用によって細分化されるため、センサ部上における迷光の強度分布は、図示の如く、小さい起伏で変動するものとなる。このように光強度分布の起伏が小さい場合には、干渉縞が光検出器１７のセンサ部に対して位置変動したとしても、光検出器１７からの出力信号が大きく変化することはない。よって、本実施の形態によれば、光検出器１７の前段に迷光干渉縞を細分化するための回折素子２０を配することにより、サブビーム信号に対する迷光干渉縞の悪影響を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、上記の如く、メインビームとサブビームがそれぞれ回折素子２０によって回折されるため、センサ部上におけるメインビームとサブビームの収束スポットは、既に図２（ａ）を参照して述べた如く、それぞれ、３つのスポットが少しずつずれて重なった状態となる。しかし、このように収束スポットが３つに分かれると、収束スポットが一つの場合に比べて、フォーカス誤差信号やトラッキング誤差信号に劣化が生じ易くなる。この劣化は、特に、高強度のメインビームを受光するセンサ部からの信号に起因して生じる。その一方で、迷光の影響は、上記背景技術の項で説明した如く、サブビームに基づく信号に対して顕著に生じ、メインビームに基づく信号に対してはそれほど問題とならない。よって、迷光干渉縞の細分化は、メインビーム用のセンサ部上では行わずとも良いと言える。以上からすると、迷光干渉縞の細分化は、サブビーム用のセンサ部上において行えば良く、メインビーム用のサンサ部上では、むしろ、メインビームを回折することなく一つのビームスポットとして収束させるのが好ましいと言える。

図３（ａ）は、この点を考慮した場合の回折素子２０の構成例である。この構成例では、メインビームが通過する部分（透明部２０ａ）には格子部２０２が形成されず、２つのサブビームが通過する部分（回折領域２０ｂ）のみに格子部２０２が形成されている。

図３（ｂ）は、そのときの光検出器１７上における迷光干渉縞および信号スポットの様子を模式的に示すものである。この場合、サブビームを受光するセンサ部付近の迷光干渉縞のみ細分化され、メインビームを受光するサンサ部付近の迷光干渉縞は細分化されない。また、メインビームは回折素子２０によって回折されないため、メインビームのスポットがセンサ部上において３つに分離されることはない。

次に、図４を参照して、回折素子２０の設計方法について説明する。

まず、同図（ａ）を参照して、格子部２０２と光検出器１７の受光面の距離をＬ、受光面上における０次回折光と＋１次回折光および−１次回折光の間隔をｐとすると、回折角θは、
θ＝tan^−１（ｐ／Ｌ） …（３）
で与えられる。ここで、光の波長をλとし、光が透明基板２０１に垂直に入射すると想定すると、格子周期Λは、
Λ＝λ／sin（θ）…（４）
となる。

ここで、間隔ｐは、同図（ｂ）に示す如く、光検出器１７の受光面上における迷光干渉縞の間隔（格子部２０２にて回折された後の迷光干渉縞の間隔）に反映される。なお、同図（ｂ）は、光検出器１７の受光面上における迷光干渉縞の回折状態を模式的に示す図である。図中、実線は、０次の回折光によって生じる干渉縞であり、点線は、中央の実線位置にて迷光干渉縞が回折された場合に生じる干渉縞のうち、±１次の回折光によって生じる干渉縞を示している。なお、両端の実線位置にて隣の迷光干渉縞が回折された場合に生じる、±１次の回折光による干渉縞は、便宜上、図示省略している。

回折素子２０が配されない場合、迷光干渉縞は、同図（ｂ）の実線の位置（０次回折光の位置）に位置づけられる。この場合、受光面上における迷光干渉縞の間隔はＱである。これに対し、本実施の形態の如く回折素子２０を配した場合には、一つ一つの迷光干渉縞がそれぞれ０次回折光と±１次回折光による３つの干渉縞に分離され、たとえば、同図（ｂ）の実線の位置（０次回折光の位置）と点線の位置（±１次回折光の位置）に干渉縞が生じる。

ここで、０次回折光による干渉縞と±１次回折光による干渉縞の生じ方は、以下のとおり、図４における間隔ｐに依存して変化することとなる。よって、干渉縞の状態が適正となるように間隔ｐを適宜設定する必要がある。

たとえば、０次回折光による干渉縞と±１次回折光による干渉縞の間隔ｐが元々の迷光干渉縞の間隔Ｑに等しい場合、±１次回折光による干渉縞は０次回折光による干渉縞に重なるため、結果的に、回折素子２０を配さない場合と同様の迷光干渉縞が受光面上に生じる。このような事態を避けるために、間隔ｐは、少なくとも、±１次回折光による干渉縞が０次回折光による干渉縞に重ならないように設定する必要がある。

また、間隔ｐを間隔Ｑの半分に設定した場合には、一つの迷光干渉縞に基づく±１次の回折光による干渉縞が、その隣の迷光干渉縞に基づく±１次の回折光による干渉縞と重なるため、結果的に、元の迷光干渉縞の一本一本がそれぞれ２つに分離された状態と等価となる。この場合、迷光干渉縞の細分化は、元の迷光干渉縞を３つに分離する場合に比べて、細分化の程度が低くなり、このため、迷光の強度変化の起伏は、図２（ｂ）の場合よりも大きく（粗く）なる。よって、これを避けるために、間隔ｐは、一つの迷光干渉縞に基づく±１次の回折光による干渉縞が、他の迷光干渉縞に基づく±１次の回折光による干渉縞と重なることのないように設定するのが好ましい。

なお、間隔ｐを間隔Ｑの１／３または２／３に設定した場合には、図５（ａ）（ｂ）に示す如く、一つの迷光干渉縞に基づく±１次回折光による干渉縞と、その隣の迷光干渉縞に基づく±１次回折光による干渉縞が、隣り合う２つの０次回折光による干渉縞の間に均等に配置されるようになる。このように、干渉縞の間隔を均等化することにより、図２（ｂ）における迷光の強度変化の起伏を最も小さくすることができる。よって、最も好ましくは、間隔ｐは、一つの迷光干渉縞に基づく±１次回折光による干渉縞と、その隣の迷光干渉縞に基づく±１次回折光による干渉縞が、隣り合う２つの０次回折光による干渉縞の間に均等に配置されるように設定するのが良い。

ここで、上記のように間隔ｐを設定するには、数式（３）（４）に基づいて、間隔ｐが所期の値となるように、適宜、距離Ｌと格子周期Λの設定値を調整すれば良い。なお、数式（３）において、距離Ｌは、特に制約されるものではないが、好ましくは、メインビームとサブビームが、格子部２０２上において空間的に分離される距離に設定するのが良い。こうすると、図３に示すように、メインビームとサブビームをそれぞれ回折素子２０の透明部２０ａと回折領域２０ｂに入射させることができるようになる。

なお、図２（ａ）を参照して説明した如く、格子部２０２の回折作用によって、センサ部上におけるメインビームとサブビームの収束スポットは、それぞれ、３つのスポットが少しずつずれて重なった状態となる。ここで、各スポット間のずれ量は、間隔ｐが大きくなるに応じて大きくなる。よって、間隔ｐをあまり大きく設定すると、フォーカス誤差信号やトラッキング誤差信号に少なからず影響を与える惧れがある。このことから、間隔ｐは、元の迷光干渉縞どうしの間隔Ｑを超えない程度に設定するのが好ましい。即ち、ｐ＜Ｑとなるよう、間隔ｐを設定するのが良い。

たとえば、図５に示す例では、間隔ｐを間隔Ｑの１／３または２／３に設定した場合を示したが、間隔ｐを間隔Ｑの４／３または５／３に設定した場合にも同様に干渉縞の間隔は均等化される。しかし、こうすると、センサ部上におけるスポット間のずれ量が図５の場合に比べて大きくなり、その分、フォーカス誤差信号やトラッキング誤差信号が劣化する惧れがある。よって、この場合は、図５に示す如く、間隔ｐを間隔Ｑの１／３または２／３に設定し、より好ましくは、間隔ｐを間隔Ｑの１／３に設定するのが良い。

なお、この点は、間隔ｐを他の値に設定する場合も同様である。たとえば、間隔ｐを間隔Ｑの１／４に設定した場合と、間隔Ｑの５／４に設定した場合とでは、センサ部上における干渉縞の生じ方は同じであるが、スポット間のずれ量は、後者の方が大きくなる。よって、この場合は、間隔ｐを間隔Ｑの１／４に設定するのが適正であると言える。

以下に、回折素子２０の具体的設計例を示す。この設計例は、光検出器１７上の迷光干渉縞の間隔Ｑが約３９μｍと観測された光ピックアップ装置について適用されるものである。ここでは、回折後の干渉縞の間隔ｐが均等になるようにｐ＝１３μｍとし、格子部２０２と光検出器１７の受光面の距離Ｌを、Ｌ＝１ｍｍに設定している。ここで、半導体レーザ１１の出力波長λがλ＝４０５ｎｍであるとすると、数式（３）および（４）から、格子周期Λは、Λ＝３１．２μｍとなる。また、回折素子２０の透明基板２０１を光学ガラス（ＢＫ７）から形成する場合には、格子深さ＝２４４ｎｍ、デューティ比（格子周期に対する凸部幅の割合)＝０．５のとき、回折比率は、＋１次：０次：−１次＝１：１：１となる。

この設計例によれば、センサ部上における干渉縞の間隔が等間隔になるため、迷光強度の起伏変動を最も効果的に抑制することができる。また、間隔ｐが間隔Ｑの１／３程度に抑えられているため、センサ部上におけるスポット間のずれ量を抑制することができ、よって、フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号の劣化を抑制することができる。

なお、スポット間のずれによるフォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号の劣化について、上記設計例の条件のもと、発明者がシミュレーションを行ったところ、焦点誤差信号（Ｓカーブ）およびトラッキング誤差信号の振幅減少は、この設計例による回折素子を配置しない場合に比べ、共に、１０％程度に留まることが確認された。なお、このシミュレーションは、メインビームには回折作用を付与しないタイプの回折素子（図３参照）を想定して行った。よって、上記設計例による回折素子を用いる場合には、迷光干渉縞によるトラッキング誤差信号の劣化を効果的に抑制できるとともに、上記スポットずれによるフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号の振幅劣化を抑制することができる。

なお、この設計例における条件、即ち、間隔ｐをｐ＝Ｑ／３とし、回折比率を＋１次：０次：−１次＝１：１：１にするとの条件は、迷光干渉縞の変動による信号劣化を最も効果的に抑制できるものであるが、フォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号の振幅劣化をさらに抑制する場合は、間隔ｐをこれより小さくしてスポット間のずれ量を小さくするか、あるいは、格子深さとデューティ比を調節して±１次の回折比率をさらに小さくすればよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に制限されるものではない。また、本発明の実施形態は、上記以外にも種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、光検出器１７と回折素子２０を別体としたが、図６に示すように、光検出器１７と回折素子２０を一体化してもよい。図６の構成例では、光検出器１７のベース部１７ａに凹部が形成され、この凹部内に、３つの４分割センサ１７１、１７２、１７３（図９参照）を有するセンサ部１７ｂが配置される。そして、凹部を塞ぐようにして、回折素子２０が、ベース部１７ａの上面に固着される。ここで、凹部の深さは、回折素子２０の格子部２０２とセンサ部１７ｂの受光面の距離Ｌが予め設定された距離（たとえば、１ｍｍ）となるよう設定されている。この構成例によれば、回折素子２０と光検出器１７の間の距離を調整する必要がないため、光学系をアセンブルする際の作業性を向上させることができる。また、回折素子２０の格子部２０２とセンサ部１７ｂの受光面の距離が適正値の固定化されるため、本実施の形態による上述の効果を適正に発揮させることができる。さらに、回折素子２０が凹部を塞ぐカバーガラスの機能も果たすため、構成の簡素化が図られる。

また、上記設計例では、次世代ＤＶＤを念頭に、レーザ波長を４０５ｎｍとして回折素子の設計を行ったが、本発明は、次世代ＤＶＤの他に、既存のＤＶＤやＣＤ等にも適宜適用可能なものである。

さらに、光ピックアップ装置の光学系は、図１に示すものに限定されるものではなく、たとえば、ビームスプリッタ１３が偏光ビームスプリッタに変更され、これに応じて、コリメータレンズ１４と対物レンズ１５の間にλ／４板が追加されたような光学系に本発明を適用することも可能である。

なお、回折素子２０の配置位置は、迷光に対する回折作用を適正に発揮できる位置とする必要がある。たとえば、迷光の焦点位置近傍に配置した場合には、迷光に対する回折素子２０の回折作用が適正に発揮され難い。回折素子２０の配置位置は、迷光が十分広がった状態で回折素子２０に入射するよう、光検出器１７に接近させるのが好ましい。

また、上記実施の形態では、ビーム分岐素子としてビームスプリッタ１３を用いたが、これ以外のビーム分岐素子、たとえば、ホログラム素子等を用いることもできる。

この他、上記実施の形態では、回折素子２０を表面レリーフ型回折格子にて構成したが、これ以外のタイプの回折格子を用いても良い。

本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施の形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す図 実施の形態に係る回折素子を配したときの光検出器上における迷光干渉縞と信号スポットの様子を模式的に示す図およびそのときのセンサ受光面上における光強度分布を模式的に示す図 実施の形態に係る回折素子の変更例を示す図およびこの回折素子を用いたときの光検出器上における迷光干渉縞と信号スポットの様子を模式的に示す図 実施の形態に係る回折素子の設計方法を説明する図 実施の形態に係る回折素子の設計方法を説明する図 実施の形態に係る回折素子と光検出器を一体化する場合の構成例を示す図 従来例に係る光ピックアップ装置の構成を示す図 ディスク上におけるレーザ光の照射状態と光強度分布を示す図 光検出器上におけるメインビームとサブビームの状態を示す図 従来例に係る迷光の光路を説明する図 従来例に係る迷光の照射状態を示す図 従来例に係る信号光と迷光の光強度分布を示す図 従来例の問題点を説明図（光検出器上における迷光干渉縞と信号スポットの様子を模式的に示す図） 従来例の問題点を説明図（光検出器上における迷光干渉縞と信号スポットの様子を模式的に示す図） 従来例の問題点を説明図（センサ受光面上における光強度分布を模式的に示す図） 従来例に係る迷光の抑制技術を説明する図 従来例に係る迷光の抑制技術を説明する図

符号の説明

１１ 半導体レーザ
１２ 回折格子
１３ ビームスプリッタ（ビーム分岐素子）
１５ 対物レンズ
１７ 光検出器
１７ａ ベース部
１７ｂ センサ部
２０ 回折素子
２０ａ 透明部
２０ｂ 回折領域
２０１ 透明基板
２０２ 格子部

Claims (9)

1. 積層方向に複数の記録層を有するディスクに対しレーザ光を照射する光ピックアップ装置において、
   前記レーザ光を出射する光源と、
   前記レーザ光をメインビームと２つのサブビームに分割する回折格子と、
   前記メインビームと２つのサブビームを前記複数の記録層のうちターゲットとされる記録層上に収束させる対物レンズと、
   前記メインビームと前記２つのサブビームの前記ターゲット記録層からの反射光をそれぞれ個別に受光する３つの受光部を有する光検出器と、
   前記光源から前記対物レンズに向かう前記レーザ光と前記光検出器に向かう前記反射光とを分離するビーム分岐素子と、
   前記ビーム分岐素子と前記光検出器の間に配されるとともに、前記回折格子における光学作用によって生じる、前記ターゲット記録層以外の記録層からの反射光の前記受光部上における干渉縞を、さらに細分化する回折素子と、
   を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、
   前記回折素子は、当該回折素子によって回折された０次回折光と±１次回折光の前記受光部上における間隔ｐが、当該回折素子を配さない場合に前記受光部上に生じる前記干渉縞の間隔Ｑよりも小さくなるよう構成されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項１または２に記載の光ピックアップ装置おいて、
   前記回折素子は、当該回折素子によって回折された±１次回折光による干渉縞が前記受光部上において互いに重なり合わないよう構成されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項１または２に記載の光ピックアップ装置において、
   前記回折素子は、当該回折素子によって回折された０次回折光群と±１次回折光群による干渉縞が前記受光部上において等間隔となるよう構成されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項４に記載の光ピックアップ装置において、
   前記回折素子は、当該回折素子によって回折された０次回折光と±１次回折光の前記受光部上における間隔ｐが、当該回折素子を配さない場合に前記受光部上に生じる前記干渉縞の間隔Ｑの１／３となるよう構成されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記回折素子と前記光検出器は一体化されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
7. 請求項６に記載の光ピックアップ装置において、
   前記光検出器のベース部に凹部が形成され、該凹部内にセンサ部が配置され、さらに、前記凹部を塞ぐようにして、前記回折素子が、前記ベース部の上面に固着されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
8. 請求項１ないし７の何れか一項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記回折素子は、前記メインビームと前記サブビームが空間的に分離される位置に配置されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
9. 請求項８に記載の光ピックアップ装置において、
   前記回折素子のうち、前記メインビームが通過する領域には回折作用を発現するための構造が形成されておらず、前記２つのサブビームが通過する領域に回折作用を発現するための構造が形成されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。

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