JP2008171471A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出ビームを２つに分ける従来の光ピックアップ装置によれば、信号出力が低下し、信号検出のＳ／Ｎが低下する。また、偏光ＨＯＥや液晶アクティブローテータなどを有する構成の従来のピックアップ装置は、装置全体が高価であるという問題がある。
【解決手段】光ディスクの再生すべき第１の記録層から反射し、空間的分割素子で分割されて回折した１次回折光は、光検出器の受光セル９Ａ〜９Ｄに４０ａ〜４０ｄで示すように集光するが、空間的分割素子で他の次数で回折した光（０次回折光も含む）はクロストーク光となる。受光セル９Ａ〜９Ｄの近くにスポットを形成するのは０次回折光と−１次回折光である。第１の記録層からの−１次回折光は４２ａ〜４２ｄで示すように、受光セル９Ａ〜９Ｄにかからないようにする。第２の記録層から反射し、空間的分割素子で回折した光もクロストーク光４４ａ〜４４ｄとなり、受光セル９Ａ〜９Ｄにかからない。
【選択図】図６

Description

本発明は光ピックアップ装置に係り、特に光ディスクから反射して光検出器へ向かう光束が、空間的に２つ以上の分割線で２つ以上の分割領域に分割され、かつ、非点収差が付与されることで、単層光ディスクだけでなく多層光ディスクにも良好な記録又は再生を実現する光ピックアップ装置に関する。

一般的に、円盤状の光学的記録媒体である光ディスクは、映像情報とか音声情報やコンピュータデータなどの情報信号を透明基板上で螺旋状又は同心円状に形成したトラックに高密度に記録し、かつ、記録済みのトラックを再生する際に所望のトラックを高速にアクセスできることから多用されている。

この種の光ディスクとして例えばＣＤ(Compact Disc)やＤＶＤ(Digital Versatile Disc)などは既に市販され、最近では、より一層高密度化を図った２種類の高密度光記録媒体が流通している。すなわち、ＢＤ（Blu-ray Disc）及びＨＤ−ＤＶＤ（High Definition DVD）である。

また、各光ディスクを大容量化するために多層に信号記録面がある多層光ディスクの開発と規格化が進展している。ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒの片面２層光ディスクは既に市販され、ＤＶＤ−ＲＷ、ＢＤ、ＨＤ−ＤＶＤも片面２層光ディスクの規格化が進んでいる。更に、最近の学会ではＢＤの４層光ディスク、８層光ディスクの開発の発表も出てきている。

ところで、前記した片面２層光ディスクを記録又は再生するためにＤＶＤの再生型光ピックアップ装置では、１ビームによるＤＰＤ法（位相差トラッキング法）を用いてトラッキングエラー信号（ＤＰＤ信号）の検出を行っている。記録型光ディスクであるＤＶＤ−ＲやＤＶＤ−ＲＷについては、信号を記録した後はＤＰＤ信号を検出できるが、信号を記録する前では検出できない。そこで、ＤＶＤの記録型光ディスクに対しては３ビームによるＤＰＰ法（差動プッシュプル法）を用いてトラッキングエラー信号（ＤＰＰ信号）の検出を行っている。

波長４０５ｎｍ程度の青色レーザ光源を用いて記録又は再生するＨＤ−ＤＶＤでは、再生型、記録型それぞれＤＶＤと同様のトラッキングエラー信号検出を使っている。一方、波長４０５ｎｍ程度の青色レーザ光源を用いて記録又は再生する別の規格であるＢＤでは、ＢＤ−ＲＯＭのトラッキングエラー信号の検出ではＤＰＤ信号を検出できるが、記録型光ディスクの信号を記録した後の状態でＤＰＤ信号の検出が規格として保証されていない。そのため、記録型でも再生型でもＤＰＰ信号を検出するのが一般的である。

ここで、片面２層光ディスクにおいてＤＰＰ法を用いた場合は、再生していない他の層（デフォーカスしている層）からの反射光がクロストーク光として、光検出器に入射し、再生している層の信号検出光と重なることで干渉性のノイズを発生する問題がある。この干渉性のノイズの振る舞いは、干渉する二つの光の間の光路差、すなわち、ディスクの層間距離等による光路差で決まる。更に、ディスクの位置による層間距離の変動や、ディスクのチルトの状態、再生している記録用のガイドトラック（グルーブ）の影響なども受けて、極めて複雑な振る舞いをする。

また、ＤＰＰ信号を用いた場合は、記録時のサブビームによる誤記録を防ぐため、及び光の効率的な利用のため、サブビームの光量はメインビームよりも小さく設定されている。このため、サブビームは、デフォーカスしている層からのクロストーク光の影響をメインビームよりも大きく受けるために、前記の問題が生じる。

このクロストーク光の影響は、ＤＶＤの２層光ディスクの場合もあったが、ＢＤシステムでは、より顕著に安定な記録、再生ができないという重大な問題が発生することが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。その理由は、次の通りである。第１に、層間距離がＤＶＤよりも狭くなって光路差が小さくなり、クロストーク光の大きさが大きくなったことである。第２に、波長４０５ｎｍの青色レーザ光源では、レーザの干渉性が上がっていることである。第３に、ＢＤにおいては、対物レンズの開口数（ＮＡ）が上がっているため、クロストーク光もより大きく光検出器に戻るようになっていることである。

そこで、これらの問題を解決する方法として、１ビーム方式によるＰＰ法（プッシュプル法）を用いるトラッキングエラー信号検出方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。

図８は非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置の検出系の一例の構成図、図９は非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置の検出系に用いるＨＯＥパターン（ファーフィールドパターン）の一例を示した図、図１０は非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置のクロストーク光の広がりの一例を示した図である。

図８、図９、図１０を用いて、ディスクから反射した反射光がＰＤ（光検出器）へ戻り受光するまでの従来の光ピックアップ装置の動作を簡単に説明する。図８において、フォーカスエラー信号の検出には、光ディスクからの反射光がホログラム光学素子（ＨＯＥ）１０１によって回折作用がなく透過し、レンズ１０２を通って収束光となり、シリンドリカルレンズ１０３を通って非点収差が与えられフォーカス用ＰＤ（光検出器）１０４で受光した信号を用いる。

一方、トラッキングエラー信号の検出には、光ディスクからの反射光がＨＯＥ１０１によって回折され、レンズ１０２を通って収束光となり、シリンドリカルレンズ１０３でＨＯＥ１０１によって生じる非点収差をキャンセルし、トラッキング用ＰＤ（光検出器）１０５で受光した信号を用いる。

図９はＨＯＥ１０１のパターンを示しており、ＨＯＥ１０１は５つの領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｘに分割されている。図１０はフォーカシング用ＰＤ１０４、トラッキング用ＰＤ１０５でのクロストーク光の状態を示している。再生している層からの反射光でＨＯＥ１０１の領域Ａを通った光はＰＤ１０５の受光部１０５Ａ、ＨＯＥ１０１の領域Ｂを通った光はＰＤ１０５の受光部１０５Ｂ、ＨＯＥ１０１の領域Ｃを通った光はＰＤ１０５の受光部１０５Ｃ、ＨＯＥ１０１の領域Ｄを通った光はＰＤ１０５の受光部１０５Ｄでスポットを形成する。なお、再生していない層（他層）からのクロストーク光は灰色部分である。

他層からのクロストーク光のうち、ＨＯＥ１０１で回折しない光（０次回折光）については、フォーカシング用ＰＤ１０４にはかかるもののトラッキング用ＰＤ１０５にはかからない。なお、回折しない光であるから、ＨＯＥ１０１のいずれの領域を通っても同じ位置にスポットができる。

一方、他層から反射したクロストーク光のうち、ＨＯＥ１０１で回折した光（回折光）については、ＨＯＥ１０１の通る領域によってスポット位置が異なる。領域Ｘを通ったクロストーク光の回折光はフォーカシング用ＰＤ１０４の左右に位置し、フォーカシング用ＰＤ１０４にはかからない。また、領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通ったクロストーク光の回折光はトラッキング用ＰＤ１０５の周辺に位置し、トラッキング用ＰＤ１０５にはかからない。そして、トラッキングエラー信号ＡＰＰは、受光部１０５Ａで得られる信号をＴＡ、受光部１０５Ｂで得られる信号をＴＢ、受光部１０５Ｃで得られる信号をＴＣ、受光部１０５Ｄで得られる信号をＴＤとするとき、次の式で計算される。

ＡＰＰ＝（ＴＣ−ＴＤ）−ｋ（ＴＡ−ＴＢ） （１）
ただし、上式中、ｋは定数である。

また、クロストーク光の問題を解決する他の方法として、非特許文献２と同様に１ビーム方式によるＰＰ法を用いるトラッキングエラー信号検出方法が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。図１１は上記の非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置の検出系に用いる液晶素子の一例の構造図、図１２は非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置の受光セルへビームが集光する状態を示した図である。

図１１及び図１２を用いて光ディスクで反射した反射光を検出するまでの非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置の動作を簡単に説明すると、液晶素子１１０は３層からなり、光ディスク（不図示）側から非偏光ＨＯＥ１１１、液晶アクティブローテータ１１２、偏光ＨＯＥ１１３の順に形成される。

非偏光ＨＯＥ１１１はレンズ効果を持たせ、±１次回折光を発生させフォーカスエラー信号を検出するためのものである。液晶アクティブローテータ１１２は電圧のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）で偏光方向を変えるものである。偏光ＨＯＥ１１３は記録型用のパターン１１３Ａ、再生型用のパターン１１３Ｂからなる。

記録型のトラッキングエラー信号を検出する場合には、図１２（ａ）に示すように、液晶アクティブローテータ１１２で電圧をオフにして、入射偏光方向と垂直な方向に偏光方向を変える。そして、偏光ＨＯＥ１１３のうち記録型用のパターン１１３Ａを作用させ、非特許文献２と同様のＰＰ法を用いてトラッキングエラー信号を検出する。記録型用のパターン１１３Ａの中央の領域Ｅはトラッキングエラー信号の演算から除かれ、他層からのクロストーク光の影響を減らしている。

一方、再生型のトラッキングエラー信号を検出する場合には、図１２（ｂ）に示すように、液晶アクティブローテータ１１２で電圧をオンにして、入射偏光方向と出射偏光方向を同じにする。そして、偏光ＨＯＥ１１３のうち再生型用のパターン１１３Ｂを作用させ、ＤＰＤ法を用いてトラッキングエラー信号を検出する。

Alexander van der Lee,et.al.,"Drive consideration for multilayer discs",ISOM06 Technical Digest P.30 Mo-C-5 Kousei SANO,et.al.,"Novel One-Beam Tracking Detection Method for Dual-Layer Blu-ray Discs",Japanese Journal of Applied Physics Vol.45,No.2B,2006,pp.1174-1177（第４図、第６図、第７図） Noriaki Nishi et.al.,"Novel One-Beam Detection Method with Changeable Multi Division Patterns",Proc. of SPIE Vol.6282,62821H-1（第４図、第５図）

図８〜図１０と共に説明した非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置によれば、トラッキング用ＰＤ１０５にクロストーク光の影響が生じないようにしてトラッキングエラー信号を安定にしている。しかし、フォーカス用ＰＤ１０４とトラッキング用ＰＤ１０５と検出ビームを２つに分け、フォーカス用ＰＤ１０４から得られる信号はメイン信号の検出には用いることができないので、信号出力が低下し、信号検出のＳ／Ｎが低下する。特に、高速な再生を行う場合には顕著に問題となる。

また、図１１及び図１２と共に説明した非特許文献３記載の従来の光ピックアップ装置によれば、クロストーク光の影響を少なくして、記録型、再生型のトラッキングエラー信号検出を行うことができるものの、２パターン１１３Ａ、１１３Ｂの偏光ＨＯＥ１１３や液晶アクティブローテータ１１２など高価な部品が多い構成であるため、装置全体が高価であるという問題がある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、多層光ディスクを記録又は再生する場合に、信号のＳ／Ｎが良く、かつ、低コストで実現できる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明は、光を出射する光源と、光源から出射された光を光ディスクに集光してスポットを形成する対物レンズと、対物レンズを透過した光ディスクからの反射光の光束を複数に分割してそれぞれ所定の方向に出射する空間的分割素子と、空間的分割素子から出射された光を受光して光電変換する光検出器と、光源から出射して対物レンズヘ向かう光と光ディスクから反射し対物レンズを透過して光検出器へ向かう反射光とを分離する光路分離素子とを備える光ピックアップ装置であって、
空間的分割素子は、反射光の入射領域が、複数の分割線により２つ以上の分割領域に分割され、複数の分割線のうち、少なくとも２つの分割線は入射する反射光の光束のほぼ中心を通り、かつ、互いに直交するように配置され、２つ以上の分割領域は各々入射する反射光を所定方向に偏向し、前記反射光には非点収差が付与され、 光検出器は、空間的分割素子の２つ以上の分割領域を通してそれぞれ所定方向に偏向され、かつ非点収差が付与された光を個別に受光する２つ以上の受光セルから構成されると共に、２つ以上の受光セルで受光される各スポットが、非点収差を付与された光により生じる２つの焦線のほぼ中間の最小錯乱円になる位置に配置され、かつ、２つ以上の受光セルが、光ディスクが複数の記録層が積層された多層光ディスクであるとき、その多層光ディスクの記録又は再生する一つの記録層からの反射光が前記空間的分割素子の一の分割領域を通って集光されたスポットと、複数の記録層のうち一つの記録層以外の他の記録層から反射されて上記の一の分割領域を通って照射されるクロストーク光とが略重ならない位置に配置された構成であることを特徴とする。

この発明では、光ディスクが複数の記録層が積層された多層光ディスクであるとき、空間的分割素子の２つ以上の分割領域のうち記録又は再生している一つの記録層からの反射光が通る分割領域を通り、非点収差を付与された光と、複数の記録層のうち一つの記録層以外の他の記録層から反射されて上記と同じ分割領域を通り、非点収差を付与されたクロストーク光とが略重ならない位置に、２つ以上の受光セルを配置した構成である。

また、上記の目的を達成するため、第２の発明は、多層光ディスクを記録又は再生する場合に、多層光ディスクの記録又は再生する一つの記録層からの反射光の光束を分割して、光検出器を構成する２つ以上の受光セルのうち任意の一の受光セルに集光させる光を通過させる空間的分割素子の所定の一の分割領域を第１の分割領域とするとき、空間的分割素子の第１の分割領域以外の１又は２以上の第２の分割領域を通り、かつ、複数の記録層のうち一つの記録層以外の他の記録層から反射されたクロストーク光が、任意の一の受光セルに入射しないように、光検出器を構成する２つ以上の受光セルを配置したことを特徴とする。

この発明では、光ディスクが複数の記録層が積層された多層光ディスクであるとき、空間的分割素子の２つ以上の分割領域のうち記録又は再生している一つの記録層からの反射光が通る第１の分割領域を通り、非点収差を付与された光と、複数の記録層のうち一つの記録層以外の他の記録層から反射されて上記第１の分割領域以外の第２の分割領域を通り、非点収差を付与されたクロストーク光とが略重ならない位置に、２つ以上の受光セルを配置した構成である。

第１の発明によれば、光ディスクが複数の記録層が積層された多層光ディスクであるとき、記録又は再生している一つの記録層からの反射光が通る分割領域を通り、非点収差を付与された光と、複数の記録層のうち一つの記録層以外の他の記録層から反射されて上記と同じ分割領域を通り、非点収差を付与されたクロストーク光とが略重ならない位置に２以上の受光セルを配置し、また、第２の発明によれば、記録又は再生している一つの記録層からの反射光が通る分割領域を通り、非点収差を付与された光と、他の記録層から反射されて上記の分割領域以外の分割領域を通り、非点収差を付与されたクロストーク光とが重ならないように２以上の受光セルを配置することで、安定したトラッキングエラー信号が得られる。

また、第１及び第２の発明によれば、光検出器で受光する光に非点収差が付与されるので、フォーカスエラー信号の検出には非点収差法が使用でき、従来のフロントエンドプロセッサ（ＦＥＰ）との親和性が高く、また、光検出器上の受光セルが非特許文献２記載の従来の光ピックアップ装置と比較しても少ない構成が可能なので、ノイズも小さくＳＮが良好な信号を得る光ピックアップ装置を、回路規模が小さく、低コストな構成で実現できる。

更に、第１及び第２の発明によれば、１ビーム方式なので、３ビーム方式と比較してグレーティングによる光量ロスもなく、グレーティング調整も不要で、トラックピッチが異なる光ディスクや、方式が異なる光ディスクに対しても容易に対応できる。

また、第１及び第２の発明によれば、新プッシュプル法が使用できるので、記録、未記録境界でトラッキングエラー信号ＡＰＰにオフセットが生じないため、安定したトラッキングをかけることができる。そして、トラッキングエラー信号計算において、分割領域と計算方法により、瞳中心部分の回折光の重なりによる影響を低減できる。さらに、トラッキングエラー信号はＡＰＰ信号だけでなく、一般的なＤＰＤ信号も得ることができる。

次に、本発明の実施の形態について図１〜図６を参照して詳細に説明する。図１は本発明になる光ピックアップ装置の一実施の形態の全体構成図を示す。図１において、光ピックアップ装置１は、波長λが４０５ｎｍのレーザ光ＬＳを出射するレーザ光源２からのレーザ光ＬＳを用いて、基板厚さｔが０.０７５ｍｍと０.１ｍｍの２つの記録層に信号面１１Ｂを有する、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の片面２層の光ディスク（ＢＤ）１１を記録又は再生する装置である。

本実施の形態では対物レンズ７は２つの記録層の信号面の中間、すなわち０.０８７５ｍｍでレーザ光を集束するように最適に設計されていて、コリメータレンズ４を光路方向に移動することによって、ｔ＝０.０７５ｍｍの第１の記録層を記録又は再生する場合は僅かに収束光、ｔ＝０.１ｍｍの第２の記録層を記録又は再生する場合は僅かに発散光として良好に記録又は再生ができる。ここでは、基板厚さｔ＝０.０７５ｍｍの第１の記録層の記録信号を再生する場合について説明する。

レーザ光源２を出射したレーザ光ＬＳはｐ偏光の直線偏光であり、偏光ビームスプリッタ（光路分離素子）３の偏光選択性誘電体多層膜３Ａ（ｐ偏光：透過、ｓ偏光：反射）を透過した後、コリメータレンズ４により僅かに収束光とされ、立上ミラー５の反射膜５Ａにより９０°方向を転じて、１／４波長板６によりλ／４の位相差が与えられ、円偏光となり対物レンズ７に入射する。対物レンズ７で絞って得られたビームは光ディスク１１のビーム入射面１１Ａから入射させて、基板厚さｔ＝０.０７５ｍｍの第１の記録層の信号面１１Ｂ上で収差が良好な状態で集光して、記録又は再生が行われる。

そして、光ディスク１１の信号面１１Ｂで反射されたレーザ光（反射光）ＬＴは、対物レンズ７に再入射し、この対物レンズ１１により僅かに発散光となり、１／４波長板６に入射してλ／４の位相差が与えられ、ｓ偏光の直線偏光となり立上ミラー５の反射膜５Ａで９０°光線方向を転じ、コリメータレンズ４により収束光となり、偏光ビームスプリッタ３に入射する。

偏光ビームスプリッタ３に入射したｓ偏光の反射光は、偏光選択性誘電体多層膜３Ａで反射され、空間的分割素子８に入射して、空間的分割素子８の２つ以上の分割領域により分割され、かつ、非点収差が付与された光束とされた後、その分割された光束がそれぞれ光検出器９の受光セル９Ａ〜９Ｄで受光される。光検出器９はその受光セル９Ａ〜９Ｄで受光した光をそれぞれ光電変換した後、各電気信号に対してそれぞれ後述する所定の演算式に従って、トラッキングエラー信号，フォーカスエラー信号，メインデータ信号を演算算出する。

次に、本実施の形態の要部である検出系について、図２〜図４と共に説明する。ここで、図２は光ピックアップ装置１の検出系を詳細に示した図、図３は空間的分割素子８の分割領域８Ａ〜８Ｄを示した図、図４は光検出器９の受光セル９Ａ〜９Ｄの配置を示した図である。図２において、偏光ビームスプリッタ３で反射され、空間的分割素子８に入射した光束は、空間的分割素子８の素子面８Ｚ上の４つの分割領域８Ａ〜８Ｄからなるホログラムパターンでそれぞれ空間的に分割され偏向される。

上記の４つの分割領域は図３に示すように、全体として円形の光入射領域のほぼ中心を通り、かつ、光ディスク１１のトラックを投影した時のそのトラックの方向と垂直な方向（ラジアル方向）に対し、±４５°方向に配置された２本の分割線８ｉ，８ｋにより、円形の光入射領域は４つの分割領域８Ａ〜８Ｄに分割され、それらの分割領域毎に異なるホログラムパターンとなっており、また、非点収差を付与する構成となっている。これにより、４つの分割領域８Ａ〜８Ｄにそれぞれ対応した非点収差が付与された４つの１次回折光が生じる。なお、対物レンズ７でのレンズシフトやレンズチルトがない状態では、光ディスク１１からの反射光の光束中心は円形の光入射領域のほぼ中心を通るものである。

その後、空間的分割素子８からの４つの１次回折光は、光検出器９の対応した受光セル９Ａ〜９Ｄにスポットとして集光する。ここで、受光セル９Ａ〜９Ｄは空間的分割素子８の分割領域８Ａ〜８Ｄのそれぞれの回折方向に応じて図４に示すように配置されており、上記分割領域８Ａからの１次回折光は受光セル９Ａ（９Ａ１と９Ａ２にまたがる）で受光され、同様に上記分割領域８Ｂからの１次回折光は受光セル９Ｂ（９Ｂ１と９Ｂ２にまたがる）で、上記分割領域８Ｃからの１次回折光は受光セル９Ｃで、上記分割領域８Ｄからの１次回折光は受光セル９Ｄでそれぞれ受光される。空間的分割素子８の光入射領域の中心と光検出器９の中心は光軸方向に略一致している。トラックの方向と同一方向を含む２つの分割領域８Ａ、８Ｂからの１次回折光はそれぞれトラックの方向同一方向に２分割された受光セル９Ａ（９Ａ１、９Ａ２）、９Ｂ（９Ｂ１、９Ｂ２）により受光される。

各受光セル９Ａ〜９Ｄ上での各スポットは後述するように分割領域に応じた扇形の形状となるが、分割領域がなく円形状のホログラムパターンで最小錯乱円の円形状スポットとなると考えた場合に適切な３次非点収差を有し、他の収差がとれているものである。そして、３次非点収差により生じる２つの焦線のほぼ中間で最小錯乱円となる。

すなわち、本実施の形態の光ピックアップ装置では、ホログラムパターン自体は各収差やパワーなどの成分をもたせることができるので、空間的分割素子８の各分割領域８Ａ〜８Ｄでは入射した光を回折し、更に所定方向の非点収差を付与するようにし、光検出器９の受光セル上で集光される各スポットが、非点収差が付与された回折光により生じる２つの焦点のほぼ中間の最小錯乱円になる位置に光検出器９が配置されて、シリンドリカルレンズの機能をホログラムパターンと一体にしている。

また、図３の空間的分割素子８の各分割領域８Ａ〜８Ｄとそれに対応する図４の受光セル９Ａ〜９Ｄまでの距離は図４から明確なように異なる。よって、各分割領域８Ａ〜８Ｄのホログラムパターンはレンズパワーに差をつけて受光セル上で同じスポット径で最小錯乱円とすることが望ましい。

次に、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号の生成手段について説明する。図５はフォーカスエラー信号ＦＥとトラッキングエラー信号を算出する演算回路の一例の回路系統図を示す。同図において、受光セル９Ａ１の出力信号Ａ１、受光セル９Ａ２の出力信号Ａ２、受光セル９Ｂ１の出力信号Ｂ１，受光セル９Ｂ２の出力信号Ｂ２を用いて、図５の加算器２１、２２及び減算器２７により
ＦＥ＝（Ａ１＋Ｂ２）−（Ａ２＋Ｂ１） （１）
なる式によりフォーカスエラー信号ＦＥが算出される。このように非点収差法をフォーカスエラー検出に使えるので、従来のＦＥＰに対して親和性が高い。

また、空間的分割素子８の分割線の取り方で変わるが、例えば図３に示しているように分割領域をとることで、トラックによって回折した１次光と０次光の重なる部分（干渉によって光量変動が起きる部分）が入射する領域を使わない分割線の取り方をすれば、トラックを横断する際の光量変化が生じにくいため、フォーカスエラー信号にトラック横断時の変動を生じさせないことが可能となる。

次に、トラッキングエラー信号を計算する方法について説明する。図４の受光セル９Ｃの出力信号Ｃ、受光セル９Ｄの出力信号Ｄを用いると、通常のプッシュプル法によるトラッキングエラー信号ＰＰは、図５の減算器２６により次式により計算できる。

ＰＰ＝Ｃ−Ｄ
これは従来のプッシュプル法によるトラッキングエラー信号の計算方法とほぼ同じ方法であり、１ビームで光量のロスなくトラッキングエラー信号が生成できる構成であることを示している。また、例えば図３に示すような空間的分割素子８の分割線の取り方であれば、トラックピッチの２倍の周期の回折光の影響を低減できる。

ところで、トラッキングエラー信号ＰＰはレンズシフトやラジアル方向のディスクチルト時にオフセットが出ることが知られている。そこで、図５において、信号Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ及びＤを用いて、加算器２５、２３、２４、減算器２９、乗算器３０及び減算器３２により、次式で示すトラッキング信号エラーＡＰＰを演算算出することによって、上記にあげたオフセットのみならず、記録マークの境界で生じるオフセットも低減することが可能である。

ＡＰＰ＝（Ｃ＋Ｄ）−ｋ［（Ａ１＋Ｂ１）−（Ａ２＋Ｂ２）｝
すなわち、信号Ａ１と信号Ｂ１との和から信号Ａ２と信号Ｂ２との和を差し引いたＤＣ成分で信号Ｃと信号Ｄの和の成分を補正することにより、オフセットが低減できる。なお、式中の乗算係数ｋ（図５で示した乗算器３０の乗算係数）はレンズシフトと記録境界でのオフセットを補正し、外乱などがあってもオフセットの発生が小さくなるように最適化したものである。

次に、光検出器９の受光器上でのスポットやクロストーク光の状態について説明する。図６は基板厚さｔ＝０.０７５ｍｍの第１の記録層の信号面を再生する場合の光検出器９上でのクロストーク光等の状態を示した図である。光ディスク１１のｔ＝０.０７５ｍｍの再生すべき第１の記録層の信号面１１Ｂから反射し、空間的分割素子８で偏向された光は受光セル９Ａ〜９Ｄに集光する。ここで、例えば、空間的分割素子８が回折型の光学素子である場合、１次光は図６において光検出器９の受光セル９Ａ〜９Ｄに４０ａ〜４０ｄで示すように集光するものと考える。その場合、空間的分割素子８で他の次数で回折した光（０次回折光も含む）はクロストーク光となる。クロストーク光が受光セル９Ａ〜９Ｄにかかった場合は、各信号が適切に計算できない可能性がある。受光セル９Ａ〜９Ｄの近くにスポットを形成するのは０次回折光と−１次回折光のクロストーク光が問題である。高次回折光は受光セルより離れる方向に行くので問題とならない。

まず、再生すべき第１の記録層の信号面１１Ｂからの０次回折光は図６に４１で示すように受光セル９Ａ〜９Ｄの中心位置に小径の円形スポットを形成して略集光する。よって、受光セル９Ａ〜９Ｄが光検出器９の受光面の中心位置からそれぞれ若干離れていれば０次光の影響はない。次に、再生すべき第１の記録層の信号面１１Ｂからの−１次回折光は図６に４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄで示すように、１次回折光のスポット４０ｃ、４０ｄ、４０ｂ、４０ａに対し光検出器９の受光面の中心位置と点対称に集光されるので、上記の−１次回折光が受光セル９Ａ〜９Ｄにかからないようにすることが可能である。

また、光ディスク１１の基板厚さｔ＝０.１ｍｍの再生しない第２の記録層の信号面１１Ｂから反射し、空間的分割素子８で回折した光もクロストーク光となる。これらのクロストーク光は倍率に合わせて大きく広がるため、１次回折光の影響が主で、０次光まで考えておけば影響は少ない。まず、再生しない第２の記録層（他層）で反射し、空間的分割素子８で回折した光の１次回折光（クロストーク光の１次回折光）は空間的分割素子８の４つの分割領域８Ａ〜８Ｄのもつそれぞれの扇形の中心角で広がり、図６に４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄで示すような扇形の形状で光検出器９の受光面に集光する。このクロストーク光の１次回折光は主にラジアル方向の配置で、受光セル９Ａ〜９Ｄにかからないようにすることが可能である。

また、他層で反射し、空間的分割素子８で回折した光の０次回折光（クロストーク光の０次回折光）は図６に４３で示すように、その中心位置が受光セル９Ａ〜９Ｄの中心位置に略一致し、かつ、上記のスポット４１よりもかなり大径の円形スポットを形成して集光するものの、ラジアル方向、トラック方向の配置を適切にすれば受光セル９Ａ〜９Ｄにかからないようにすることが可能である。

よって、以上より、上記の分割領域８Ａ〜８Ｄと受光セル９Ａ〜９Ｄの配置を図３，図４のようにすることで、すなわち、記録又は再生している層の反射光が通る分割領域を通ったものと、同じ分割領域を通って他層から反射するクロストーク光が略重ならないようにし、また、受光セルに対応した分割領域以外の分割領域を通って、記録又は再生している層以外の層（他層）から反射してきたクロストーク光が、上記の記録又は再生している層の反射光の１次回折光を受光する受光セルに入射しないように受光セル９Ａ〜９Ｄを配置することで、多層ディスクの安定した記録又は再生が可能となる。例えば、図６において、受光セル９Ａに対応した空間的分割素子８の分割領域８Ａ以外の分割領域８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを通って、他層から反射してきたクロストーク光の１次光の扇形のスポット４４ａ、４４ｃ、４４ｄの３つが、受光セル９Ａに重ならないように受光セル９Ａ〜９Ｄが配置される。なお、クロストーク光の０次回折光を受光セル９Ａ〜９Ｆすべてにかからないようにするのがもっとも望ましいが、逆に、クロストーク光の０次回折光をすべての受光セル９Ａ〜９Ｆにかかるようにして、すべての受光セルに均等にオフセットを与えて安定した記録又は再生をすることも可能である。

なお、メイン信号ＲＦは図５に示すように、加算器２１、２２、２５、２８及び３１により次式に示す各受光セル９Ａ〜９Ｄからの信号Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ、Ｄの総和で求められる。

ＲＦ＝Ａ１＋Ａ２＋Ｂ１＋Ｂ２＋Ｃ＋Ｄ （４）
また、ＢＤ−ＲＯＭなどの再生型光ディスクに対応して、ＤＰＤ法によるトラッキングエラー信号検出も可能である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、片面２層の光ディスク１１を記録又は再生する際に、光ディスク１１から反射して光検出器９へ向かう反射光の光束が、空間的に２つの分割線８ｉ，８ｋで４つの分割領域に分割され、その分割線は光束のほぼ中心を通り、かつ、略直交するようになされた空間的分割素子８の、各々の分割領域８Ａ〜８Ｄを通った光束は非点収差が付与されて、光検出器９上に設けられた各受光セル９Ａ〜９Ｄに対応して各々入射するようになされていることで、良好に記録又は再生することができる。

これにより、本実施の形態によれば、非特許文献２記載の光ピックアップ装置に比べて図４に示したように受光セルの数も少なく、回路規模が小さくコスト安であり、ノイズを抑えることも可能であり、ＳＮ良く記録又は再生することができる。また、１ビーム方式なので、図１に示したようにグレーティングが不要なので、グレーティングの調整及びグレーティングによる光量ロスがなく、また、トラックピッチが異なる光ディスクにも対応が容易である利点がある。

なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、光学的分割素子における分割線をトラック方向に平行な方向と垂直な方向に分割することも、上記の実施の形態と同様のことであるので勿論可能であり、更には分割線を増やして種々の信号を精度良くとる構成も可能である。この場合、光学的分割素子の２つ以上の分割線のうち、少なくとも２つの分割線は光束の中心を通り、かつ、直交するようになされる。

また、すべての分割領域を使用せず少なくとも２つの分割領域でフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号を検出する構成も可能である。例えば、空間的分割素子を、図７に示すように、全体として円形の光入射領域のほぼ中心を通り、かつ、光ディスク１１のトラックを投影した時のそのトラックの方向と同一方向の分割線８ａと、トラックの方向と垂直な方向（ラジアル方向）の分割線８ｂとにより、円形の光入射領域を４つの分割領域に分割し、そのうち対角上にある２つの分割領域８Ａ’と８Ｂ’とを２分割された分割領域として用いるようにしてもよい。

この場合、２分割された分割領域８Ａ’と８Ｂ’は異なるホログラムパターンとなっており、また、非点収差を付与する構成となっている。光ディスクの記録又は再生する記録層の信号面で反射された反射光は空間的分割素子に入射し、その空間的分割素子の図７の分割領域８Ａ’と８Ｂ’によりそれぞれ非点収差が付与された２つの回折光として出射されて光検出器９に集光される。ここで、光ディスクの記録又は再生する記録層の反射光の０次光と１次光が重なる干渉部分が空間的分割素子の分割領域８Ａ’と８Ｂ’に入射するため、フォーカスエラー信号とプッシュプル法のトラッキングエラー信号の両方を計算することが可能である。

更に、上記の実施の形態では片面２層の光ディスクの記録又は再生を例にとって説明したが、本発明は単層光ディスクの記録又は再生も可能であり、また、空間的光学素子は２つ以上の分割領域があれば、その空間的光学素子で偏向された反射光を受光する光検出器の出力信号に基づいてフォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号の両方を計算することが可能であるので、回折機能を有していなくてもよい。

本発明の光ピックアップ装置の一実施の形態の全体構成図である。 本発明の光ピックアップ装置の検出系の一実施の形態の構成図である。 図１中の空間的分割素子の分割パターンの一例を示す図である。 図１中の光検出器上の受光セルのパターンの一例を示す図である。 本発明の光ピックアップ装置の信号出力の演算回路の一例のブロック図である。 本発明装置中の片面２層光ディスクの他層からのクロストーク光等の光検出器上での状態を示す図である。 本発明装置中の空間的分割素子の分割パターンの他の例を示す図である。 従来の光ピックアップ装置の検出系の一例の構成図である。 従来の光ピックアップ装置の検出系に用いるＨＯＥパターン（ファーフィールドパターン）の一例を示す図である。 従来の光ピックアップ装置のクロストーク光の広がりの一例を示す図である。 従来の光ピックアップ装置の検出系に用いる液晶素子の一例の構造図である。 従来の光ピックアップ装置の受光セルへビームが集光する状態の一例を示す図である。

符号の説明

１ 光ピックアップ装置
２ レーザ光源
３ 偏光ビームスプリッタ
３Ａ 偏光選択性誘電体多層膜
４ コリメータレンズ
５ 立上ミラー
５Ａ 反射膜
６ １／４波長板
７ 対物レンズ
８ 空間的分割素子
８Ａ〜８Ｄ、８Ａ’、８Ｂ’ 分割領域
８ｋ、８ｉ、８ａ、８ｂ 分割線
９ 光検出器
９Ａ〜９Ｄ、９Ａ１、９Ａ２、９Ｂ１、９Ｂ２ 受光セル
１１ 片面２層光ディスク
１１Ａ ビーム入射面
１１Ｂ 信号面
ＬＳ 出射光
ＬＴ 反射光

Claims (2)

1. 光を出射する光源と、前記光源から出射された光を光ディスクに集光してスポットを形成する対物レンズと、前記対物レンズを透過した前記光ディスクからの反射光の光束を複数に分割してそれぞれ所定の方向に出射する空間的分割素子と、前記空間的分割素子から出射された光を受光して光電変換する光検出器と、前記光源から出射して前記対物レンズヘ向かう光と前記光ディスクから反射し前記対物レンズを透過して前記光検出器へ向かう前記反射光とを分離する光路分離素子とを備える光ピックアップ装置であって、
   前記空間的分割素子は、
   前記反射光の入射領域が、複数の分割線により２つ以上の分割領域に分割され、前記複数の分割線のうち、少なくとも２つの分割線は入射する前記反射光の光束のほぼ中心を通り、かつ、互いに直交するように配置され、前記２つ以上の分割領域は各々入射する反射光を所定方向に偏向し、前記反射光には非点収差が付与され、
   前記光検出器は、
   前記空間的分割素子の２つ以上の分割領域を通してそれぞれ所定方向に偏向され、かつ非点収差が付与された光を個別に受光する２つ以上の受光セルから構成されると共に、前記２つ以上の受光セルで受光される各スポットが、前記非点収差を付与された光により生じる２つの焦線のほぼ中間の最小錯乱円になる位置に配置され、かつ、前記２つ以上の受光セルが、前記光ディスクが複数の記録層が積層された多層光ディスクであるとき、その多層光ディスクの記録又は再生する一つの記録層からの反射光が前記空間的分割素子の一の分割領域を通って集光されたスポットと、前記複数の記録層のうち前記一つの記録層以外の他の記録層から反射されて前記一の分割領域を通って照射されるクロストーク光とが略重ならない位置に配置された構成であることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記多層光ディスクを記録又は再生する場合に、前記多層光ディスクの記録又は再生する一つの記録層からの反射光の光束を分割して、前記光検出器を構成する前記２つ以上の受光セルのうち任意の一の受光セルに集光させる光を通過させる前記空間的分割素子の所定の一の分割領域を第１の分割領域とするとき、前記空間的分割素子の該第１の分割領域以外の１又は２以上の第２の分割領域を通り、かつ、前記複数の記録層のうち前記一つの記録層以外の他の記録層から反射されたクロストーク光が、前記任意の一の受光セルに入射しないように、前記光検出器を構成する前記２つ以上の受光セルを配置したことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。