JP4032732B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折素子によって発生した回折光を用いてスポットサイズディテクション法（Spot Size Detection：ＳＳＤ）によってフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回折素子によって発生した回折光を用いてスポットサイズディテクション法（ＳＳＤ法）によってフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置が知られており、まずこのような光ピックアップ装置に関して、図６〜図８で説明する。
【０００３】
図６は、ＳＳＤ法でフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置の構成例を示している。
レーザダイオード等のレーザ光源２１から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタ２２を透過して対物レンズ２３に進み、対物レンズ２３を介して光ディスク等の光記録媒体１０の情報記録面に照射される。
光記録媒体１０からの反射光は、対物レンズ２３を介してビームスプリッタ２２に戻り、ビームスプリッタ２２によって光路が屈折されて回折素子２４に導かれる。
そして反射光は回折素子２４により、これを透過する０次光と、回折素子２４により回折される＋１次光（回折光）、−１次光（回折光）が得られる。
そして０次光、＋１次光、−１次光は、それぞれ受光素子部２５に至る。
【０００４】
受光素子部２５には、例えば図８のような受光パターンが形成されている。
受光素子３１は、０次光に対応する受光領域Ｅを有する。
受光素子３２は、３分割とされた受光領域Ａ，Ｓ１，Ｂを有し、＋１次光に対応する。
受光素子３３は、同じく３分割とされた受光領域Ｃ，Ｓ２，Ｄを有し、−１次光に対応する。
各受光素子３１，３２，３３の受光領域Ｅ，Ａ，Ｓ１，Ｂ，Ｃ，Ｓ２，Ｄは、それぞれ入射された光の光強度に応じた電流レベルとなる電気信号を出力する。
【０００５】
この各受光素子３１，３２，３３から出力される電気信号は、図示しないマトリクスアンプに供給され、電流／電圧変換、増幅、マトリクス演算等の処理が行われて、所要の信号が生成されることになる。
即ち、光記録媒体１０に記録されている情報に対応する再生信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号などが生成される。
【０００６】
対物レンズ２３は、フォーカスコイル及びトラッキングコイルを有する図示しない二軸機構によって光記録媒体１０に接離する方向（フォーカス方向）及び光記録媒体のトラック進行方向に直交する方向（トラッキング方向）に変位可能に保持されている。
そしてフォーカスエラー信号に基づいて図示しないサーボ回路でフォーカスドライブ信号が生成され、二軸機構のフォーカスコイルが駆動されることで、対物レンズ２３がフォーカス方向に駆動され、光記録媒体１０に対して合焦状態を保つようにする。
またトラッキングエラー信号に基づいてサーボ回路でトラッキングドライブ信号が生成され、二軸機構のトラッキングコイルが駆動されることで、対物レンズ２３がトラッキング方向に駆動され、光記録媒体１０に対するトラッキング状態を保つようにする。
【０００７】
ＳＳＤ法の場合、フォーカスエラー信号は回折光のスポットサイズに応じて生成されることになる。
合焦状態の場合、受光素子３２に入射する＋１次光のスポットサイズと、受光素子３３に入射する−１次光のスポットサイズは、図８（ａ）に示すように同等となる。
一方、デフォーカス状態、即ち対物レンズ２３の位置が光記録媒体１０に対して近すぎる状態、もしくは遠すぎる状態では、受光素子３２に入射する＋１次光のスポットサイズと、受光素子３３に入射する−１次光のスポットサイズは、図８（ｂ）（ｃ）に示すように異なるものとなる。
つまり、受光素子３２、３３のスポットサイズを比較することで、フォーカスエラー信号を生成できる。
具体的には、後段のマトリクスアンプにおいて、受光領域Ａ，Ｓ１，Ｂ，Ｃ，Ｓ２，Ｄの出力に対して、（Ａ＋Ｂ＋Ｓ２）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｓ１）の演算を行うことでフォーカスエラー信号が生成される。
【０００８】
一般に、対物レンズ２３を光記録媒体１０に対して最も遠い位置から最も近い位置まで移動させた場合、フォーカスエラー信号としては、合焦位置近辺で、図７に示すようないわゆるＳ字カーブが観測されることが知られている。
そして、Ｓ字カーブにおけるピークＰ１からピークＰ２までの間の略リニアな領域が、いわゆるフォーカス引き込み範囲となる。つまりフォーカス引き込み範囲内に対物レンズ２３が位置しているときに、フォーカスエラー信号に基づいてＳ字原点となる位置（つまりフォーカスエラー＝０の位置）に対物レンズ２３の位置を制御することがフォーカスサーボの基本動作となる。
【０００９】
今、図７に示すように、Ｓ字信号におけるフォーカス引き込み範囲の距離をｄとする。つまり、「ｄ」をＳ字信号がピークＰ１からピークＰ２までの変化するときの、光記録媒体の移動距離（対物レンズ位置に対する光記録媒体の変動距離）と定義する。
またＳ字原点に対してそれぞれ片側Ｓ字引き込み範囲ｄ１、ｄ２を、それぞれＳ字信号がＳ字原点からＳ字ピークＰ１、Ｐ２まで変化するときの、光記録媒体の移動距離と定義する。このとき、
ｄ=ｄ１＋ｄ２ ・・・（式１）
が成り立つ。
【００１０】
Ｓ字原点は、光記録媒体上での焦点位置と一致する。
これは、通常のＳＳＤ方式では、回折素子２４で回折されたそれぞれの回折光（＋１次光、−１次光）が図８（ａ）のように同じスポット径ｒとなったときであり、０次光の焦点位置とほぼ一致する（ただし厳密にはL・cosθ（θ：回折角、Ｌ：回折素子２４と受光素子部２５との距離)だけ回折素子２４側へずれる）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、対物レンズ２３のＮＡ（Numerical Aperture：開口率）を ＮＡ[L]とする。また、受光素子部２５に集光される集光光のうち、回折素子２４を透過した０次光のＮＡをＮＡ[0]とする。さらに、回折素子２４で回折された＋１次光、−１次光のそれぞれのＮＡをＮＡ[+1]’、ＮＡ[-1]’とする。
また各NAは十分に小さく、NA＝sinθ＝tanθ＝θの近似が成り立つものとする。
【００１２】
このとき、
ＮＡ[-1]’＜ＮＡ[+1]’ ・・・（式２）
であり、
ＮＡ[-1]’＋ＮＡ[+1]’＝２・ ＮＡ[L] ・・・（式３）
の関係が成り立つ。
【００１３】
図６に示すように、受光素子部２５の位置（０次光の焦点位置）から、回折素子２４で回折された回折光（＋１次光、−１次光）のそれぞれの焦点位置までの距離を、それぞれＤ11、Ｄ12とする。
すると、上述した片側Ｓ字引込み範囲ｄ１、ｄ２は、
ｄ１＝｛（1/2）・Ｄ11・（ＮＡ[+1]’）2｝／（ＮＡ[L]）2 ・・・（式４）
ｄ２＝｛（1/2）・Ｄ12・（ＮＡ[-1]’）2｝／（ＮＡ[L]）2 ・・・（式５）
と近似できる。
【００１４】
このとき、Ｓ字原点において受光素子３２，３３上での各回折光のスポット径ｒが等しいことから、
ｒ／２＝Ｄ11・ＮＡ[+1]’
＝Ｄ12・ＮＡ[-1]’ ・・・（式６）
となる。よって、式６より、以下の関係が成り立つ。
Ｄ11／Ｄ12＝ＮＡ[-1]’／ＮＡ[+1]’ ・・・（式７）
従って、ＮＡ[0]＝ＮＡ[+1]’＝ＮＡ[-1]’と近似できる場合、Ｄ11＝Ｄ12となり、式４、式５より、
ｄ１／ｄ２＝１ ・・・（式８）
となる。
【００１５】
ここで、回折光（＋１次光、−１次光）と0次光との間には以下の関係が成り立つ。
ＮＡ[+1]’＝Ｌ／（Ｌ−Ｄ11）・ＮＡ[0] ・・・（式９）
ＮＡ[-1]’＝Ｌ／（Ｌ＋Ｄ12）・ＮＡ[0] ・・・（式１０）
従って、回折素子２４と受光素子部２５との距離Ｌが十分に大きい場合、あるいは距離Ｄ11、Ｄ12が十分に小さい場合には、式８は成り立つこととなる。
しかし、この近似が成り立たなくなると、ＮＡ[0]＝ＮＡ[+1]’＝ＮＡ[-1]’の関係が成り立たなくなり、式８は以下の式１１のようになる。
従ってこの場合、Ｓ字引き込み範囲に非対称性が生じてくる。つまり図７に示したようになる。
Ｓ字カーブが非対称となることは、フォーカスサーボ信号のゲインが不安定化することや、フォーカスマージンが非対称となることを意味し、これによって光記録媒体に対する記録再生の安定性という面で不利となる。
【００１６】
また、高密度記録媒体に対応する装置の場合、対物レンズ２３を高ＮＡ化することが行われるが、従前と同じＳ字引き込み範囲ｄを得ようとした場合、対物レンズ２３の開口率（ＮＡ[L]）が大きくなるほど、回折素子２４による焦点変換距離Ｄ11（Ｄ12）を大きくすることが必要であることが、式４、式５より理解される。
これに伴って、式９、式１０より、０次光に対して、回折素子２４で回折された回折光のＮＡの変化量も大きくなる。
このため、対物レンズ２３のＮＡが大きい光ピックアップ装置の場合、Ｓ字引込み範囲の非対称性がより大きくなってしまう。
【００１７】
さらに、光ピックアップ装置の小型化のためには、回折素子２４から受光素子部２５までの距離Ｌを小さくしたい。
しかしながら式９、式１０からわかるように、回折素子２４から受光素子部２５までの距離Ｌが小さくなると、０次光に対して、回折素子２４で回折された回折光のＮＡの変化量が増加する。つまりこの場合もＳ字引込み範囲の非対称性が大きくなる。
【００１８】
以上のように回折素子を用いたＳＳＤ法でフォーカスエラー信号を得る光ピックアップ装置の場合、上記のようなS字引き込み範囲の非対称性の問題がある。
特に、対物レンズ２３のＮＡが大きく、回折素子２４から受光素子部２５までの距離Ｌが小さい光ピックアップ装置、すなわち、高密度な光記録媒体向けの小型の光ピックアップ装置では、Ｓ字引き込み範囲の非対称性が顕著となり大きな問題となってくる。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような問題に鑑みて、ＳＳＤ方式でフォーカスエラー信号を得る光ピックアップ装置において、フォーカスエラー信号のＳ字カーブとして対称性のよい信号を検出できるようにすることを目的とする。
【００２０】
このため本発明では、光記録媒体にレーザ光を照射すると共に、少なくとも光記録媒体からの反射光を回折素子を介して受光素子部に導き、上記回折素子によって発生した回折光を用いたスポットサイズディテクション法によってフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置において、上記受光素子部の位置が、
（ＮＡ [+1] ／ＮＡ [-1] ）＜（Ｄ２／Ｄ１）≦（ＮＡ [+1] ／ＮＡ [-1] ） 2
が成り立つ範囲で、上記回折素子を透過した０次光の焦点位置から、上記回折素子側へオフセットされているようにする。
【００２１】
さらに、上記受光素子部の位置は、
（Ｄ２／Ｄ１）＝（ＮＡ[+1]／ＮＡ[-1]）2
が、ほぼ成り立つように、上記回折素子を透過した０次光の焦点位置から上記回折素子側へオフセットされているようにする。
なお、これらの場合、ＮＡ[+1]、ＮＡ[-1]、Ｄ１、Ｄ２は次の通りである。
ＮＡ[+1]は上記回折素子による＋１次回折光の開口率
ＮＡ[-1]は上記回折素子による−１次回折光の開口率
Ｄ１は上記回折素子による＋１次回折光の焦点位置から上記受光素子部までの距離
Ｄ２は上記回折素子による−１次回折光の焦点位置から上記受光素子部までの距離
【００２２】
また、上記受光素子部における、上記＋１次回折光に対応する受光素子、及び上記−１次回折光に対応する受光素子は、３分割又は５分割の受光領域が形成されていると共に、上記＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅と、上記−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅は、上記光記録媒体上での焦点位置と上記フォーカスエラー信号の原点位置とのずれ補正するための異なるサイズとされているようにするとともに、
上記＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ１）と、上記−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ２）の比が、概略、
ｓ１：ｓ２＝（Ｄ１／ＮＡ[-1]）：（Ｄ２／ＮＡ[+1]）
とされているようにする。
又は、上記＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ１）と、上記−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ２）の比が、概略、
ｓ１：ｓ２＝ＮＡ[-1]：ＮＡ[+1]
とされているようにする。
【００２３】
即ち本発明では、受光素子部の位置を、回折光を透過した０次光の焦点位置から、回折素子側へオフセットさせることによって、フォーカスエラー信号（S字信号）の形状非対称性を補正するものである。
さらには、受光素子部をオフセットした場合には光記録媒体に対する焦点位置と、フォーカスエラー信号のＳ字原点とにズレが生じてしまうが、これを、３分割又は５分割の受光領域の中央受光領域の分割幅を、＋１次回折光に対応する受光素子と−１次回折光に対応する受光素子とで異なるサイズとすることで解消する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の光ピックアップ装置について説明していく。
図１は、ＳＳＤ法でフォーカスエラー信号検出を行う本発明の実施の形態の光ピックアップ装置の構成例を示している。
レーザダイオード等のレーザ光源１から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタ２を透過して対物レンズ３に進み、対物レンズ３を介して光ディスク等の光記録媒体１０の情報記録面に照射される。
光記録媒体１０からの反射光は、対物レンズ３を介してビームスプリッタ２に戻り、ビームスプリッタ２によって光路が分離されて回折素子４に導かれる。
そして反射光は回折素子４により、これを透過する０次光と、回折素子４により回折される＋１次光（回折光）、−１次光（回折光）が得られる。
そして０次光、＋１次光、−１次光は、それぞれ受光素子部５に至る。
特に本例の光ピックアップ装置においては、この受光素子部５の配置位置が図６に示した従来例と比較して、回折素子４側にオフセットされた位置とされているものである。これについては後述する。
【００２５】
受光素子部５には、例えば図３のような受光パターンが形成されている。
受光素子１１は、０次光に対応する受光領域Ｅを有する。
受光素子１２は、３分割とされた受光領域Ａ，Ｓ１，Ｂを有し、＋１次光に対応する。
受光素子１３は、同じく３分割とされた受光領域Ｃ，Ｓ２，Ｄを有し、−１次光に対応する。
各受光素子１１，１２，１３の受光領域Ｅ，Ａ，Ｓ１，Ｂ，Ｃ，Ｓ２，Ｄは、それぞれ入射された光の光強度に応じた電流レベルとなる電気信号を出力する。
【００２６】
この各受光素子１１，１２，１３から出力される電気信号は、図示しないマトリクスアンプに供給され、電流／電圧変換、増幅、マトリクス演算等の処理が行われて、所要の信号が生成されることになる。
即ち、光記録媒体１０に記録されている情報に対応する再生信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号などが生成される。
【００２７】
対物レンズ３は、フォーカスコイル及びトラッキングコイルを有する図示しない二軸機構によって、光記録媒体１０に接離する方向（フォーカス方向）及び光記録媒体のトラック進行方向に直交する方向（トラッキング方向）に変位可能に保持されている。
そしてフォーカスエラー信号に基づいて図示しないサーボ回路でフォーカスドライブ信号が生成され、二軸機構のフォーカスコイルが駆動されることで、対物レンズ３がフォーカス方向に駆動され、光記録媒体１０に対して合焦状態を保つようにする。
またトラッキングエラー信号に基づいてサーボ回路でトラッキングドライブ信号が生成され、二軸機構のトラッキングコイルが駆動されることで、対物レンズ３がトラッキング方向に駆動され、光記録媒体１０に対するトラッキング状態を保つようにする。
【００２８】
ＳＳＤ法の場合のフォーカスエラー信号は回折光のスポットサイズに応じて生成されることになり、後段のマトリクスアンプにおいて、受光領域Ａ，Ｓ１，Ｂ，Ｃ，Ｓ２，Ｄの出力に対して、（Ａ＋Ｂ＋Ｓ２）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｓ１）の演算を行うことでフォーカスエラー信号が生成されることは従来と同様である。
つまりフォーカシングの状態（合焦／デフォーカス）によって変動する、受光素子１２に入射する＋１次光のスポットサイズと、受光素子１３に入射する−１次光のスポットサイズを利用する原理は同様である。
【００２９】
但し、本例の場合、受光素子部５の位置がオフセットされることで、合焦状態において、受光素子１２に入射する＋１次光のスポットサイズと、受光素子１３に入射する−１次光のスポットサイズは同等とはならない。
このため、図３に示すように、受光素子１２と受光素子１３は、異なるサイズとされている。特に言えば、３分割のうちの中央受光領域となる受光領域Ｓ１とＳ２の分割方向の幅のサイズが異なるように設計される。この意味についても後述する。
【００３０】
本例の場合、フォーカスエラー信号としては、図２のようなＳ字カーブが観測されることになる。
図２と図７を比較してわかるように、本例の場合は、対称性のよいＳ字カーブ（Ｓ字引き込み範囲）が得られるものとなる。
図７の場合と同様に、Ｓ字信号におけるフォーカス引き込み範囲の距離をｄとする。つまり、「ｄ」をＳ字信号がピークＰ１からピークＰ２までの変化するときの、光記録媒体の移動距離（対物レンズ位置に対する光記録媒体の変動距離）と定義する。
図２のＳ字引き込み範囲の対称性が改善された本例の場合は、Ｓ字原点に対してそれぞれ片側Ｓ字引き込み範囲は同等となり、これをｄ０として示している。
つまり、ｄ０＝ｄ／２となる。
【００３１】
以下、次のように定義して説明を進める。
ＮＡ[+1]：回折素子４による＋１次光のＮＡ
ＮＡ[-1]：回折素子４による−１次光のＮＡ
ＮＡ[0]：回折素子４を透過した０次光のＮＡ
ＮＡ[L]：対物レンズ３のＮＡ
Ｄ１：回折素子４による＋１次回折光の焦点位置から受光素子部５までの距離
Ｄ２：回折素子４による−１次回折光の焦点位置から受光素子部５までの距離
ｓ１：＋１次光に対応する受光素子１２の中央受光領域Ｓ１の分割幅
ｓ２：−１次光に対応する受光素子１３の中央受光領域Ｓ２の分割幅
ｒ１：受光素子１２に到達する＋１次光のスポット径
ｒ２：受光素子１３に到達する−１次光のスポット径
【００３２】
対称性のよいＳ字引き込み範囲とするには、図２に示したように片側Ｓ字引き込み範囲ｄ０＝ｄ／２となるような設計が必要である。
回折素子４によって、回折光（＋１次光、−１次光）がＮＡ[+1]、ＮＡ[-1]に変換されたとき、片側Ｓ字引込み範囲ｄ０(＝ｄ／２)を得るために必要な、回折光の焦点変換距離Ｄ１、Ｄ２は以下のようになる。
Ｄ１＝２ｄ０・（ＮＡ[L]）2／（ＮＡ[+1]）2｝ ・・・（式１２）
Ｄ２＝２ｄ０・（ＮＡ[L]）2／（ＮＡ[-1]）2｝ ・・・（式１３）
【００３３】
これらの関係から、
となり、焦点変換距離Ｄ１、Ｄ２の比は、
Ｄ１／Ｄ２＝（ＮＡ[-1]／ＮＡ[+1]）2 ・・・（式１５）
となる。
【００３４】
従来では、上述した式７のように、このＤ１／Ｄ２に相当する焦点変換距離の比（Ｄ11／Ｄ12）＝ＮＡ[-1]’／ＮＡ[+1]’としていたところ、本例では、式１５の位置関係になるように、受光素子部５を０次光の焦点位置から回折素子４側に補正（オフセット）することで、Ｓ字引込み範囲の対称性を向上するものである。
即ち、Ｄ１／Ｄ２＝ＮＡ[-1]／ＮＡ[+1]となるのが従来の位置関係であるが、これを、
ＮＡ[+1]／ＮＡ[-1]＜（Ｄ２／Ｄ１）≦（ＮＡ[+1]／ＮＡ[-1]）2
が成り立つ範囲で、受光素子部５の位置を、本来０次光の焦点位置とされていた位置から回折素子４側へオフセットされているようにする。これによってＳ字信号のそれぞれ片側Ｓ字引き込み範囲は、図７におけるｄ１，ｄ２より、図２のｄ０，ｄ０に近づくものとなる。つまりＳ字引き込み範囲の対称性が改善される。
また特に、式１５のＤ１／Ｄ２＝（ＮＡ[-1]／ＮＡ[+1]）2 は、ｄ０＝ｄ／２に基づいて導かれた式であるため、Ｄ１／Ｄ２が、ほぼ（ＮＡ[-1]／ＮＡ[+1]）2とされるような位置関係（受光素子部５のオフセット設定）とされることで、Ｓ字引き込み範囲の対称性が最適化される。
【００３５】
そしてこのようにＳ字引き込み範囲の対称性が改善されることで、フォーカスサーボ信号のゲインの安定化や、フォーカスマージンの対称性を実現でき、光記録媒体に対する記録再生動作の安定性が得られる。
また、高密度記録媒体に対応する光ピックアップ装置や、小型の光ピックアップ装置において、Ｓ字引き込み範囲の非対称状態が顕著となると述べたが、受光素子部５のオフセットによって対称性が改善されることで、これらの光ピックアップ装置としても好適なものとなる。
【００３６】
ところで、光記録媒体１０に対してフォーカス合焦状態にあるときの、受光素子１２，１３に到達する各回折光（＋１次光、−１次光）のスポット径ｒ１，ｒ２はそれぞれ、
ｒ１＝２・Ｄ１・ＮＡ[+1] ・・・（式１６）
ｒ２＝２・Ｄ２・ＮＡ[-1] ・・・（式１７）
となる。
【００３７】
通常のＳＳＤ方式の場合、光記録媒体１０に対してフォーカス合焦状態にあるとき、回折素子４で回折された各回折光（＋１次光、−１次光）の、受光素子１２，１３上でのスポット径は同じであり、
ｒ１／ｒ２＝１ ・・・（式１８）
となる。したがってこれらの回折光を、受光素子によって同じ比率に光分割しＳＳＤ法による信号演算を行うことで、Ｓ字原点と、光記録媒体１０の焦点位置とが一致していた。
【００３８】
ところが本例の場合、光記録媒体１０が焦点位置にあるとき、回折素子４で回折されたそれぞれの回折光の受光素子１２，１３上でのスポット径の比は、式１６、式１７、および式１２、式１３より、
となる。
【００３９】
この場合、受光素子１２，１３において通常と同様な方式で光分割を行うと、光記録媒体の焦点位置とS字原点とにずれが生じてしまう。
そこで本例では、図３に示したように、各回折光がそれぞれ到達する受光素子１２，１３の各中央受光領域Ｓ１，Ｓ２の幅の比ｓ１／ｓ２を、
ｓ１／ｓ２＝ＮＡ[-1]／ＮＡ[+1] ・・・（式２０）
とする。
或いは、
ｓ１／ｓ２＝Ｄ１・ＮＡ[+1]／Ｄ２・ＮＡ[-1] ・・・（式２１）
とする。
【００４０】
図３においては各受光素子１１，１２，１３上に、円形斜線部として、それぞれ０次光、＋１次光、−１次光のスポットを示しているが、受光素子部５の位置が０次光の焦点位置よりも回折素子４側にオフセットされていることで、合焦状態においては図示するように、受光素子１２，１３上に照射される各回折光のスポットサイズは異なるものとなる。従って、図８に示した受光素子３２，３３を用いた場合、（Ａ＋Ｂ＋Ｓ２）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｓ１）の演算を行なって得たフォーカスエラー信号については、合焦状態の時にゼロレベル（Ｓ字原点）とならない。
ここで、図３の３分割パターンとしての受光素子１２，１３の中央受光領域Ｓ１，Ｓ２の分割方向の幅ｓ１，ｓ２の比が、式２０又は式２１をほぼ満たすように形成されていることで、合焦状態において（Ａ＋Ｂ＋Ｓ２）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｓ１）の演算を行なって得たフォーカスエラー信号はゼロレベル（Ｓ字原点）となる。つまりスポットサイズは異なっていても、受光領域Ｓ１とＳ２で検出される光強度は同等となるためである。
従って、このように受光素子１２，１３を設定することで、見かけ上、合焦状態の際に各回折光について検出されるスポットサイズが異なってしまうが、通常と同様にＳＳＤ方式での（Ａ＋Ｂ＋Ｓ２）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｓ１）の演算によってフォーカスエラー信号を得ることができる。このため後段のマトリクスアンプ等の回路系の設計変更は不要である。
【００４１】
図４に受光素子部５の受光素子の変形例を示す。これは、特に０次光に対応する受光素子１１を４分割ディテクタとした例である。
上述したように受光素子部５は、０次光の焦点位置から回折素子４側にオフセットされる。これは、０次光用の受光素子１１に入射する０次光のスポットサイズが大きくなることをも意味する。従って、受光素子１１を、受光領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４を有する４分割の受光素子としても、各受光領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４において適切な光検出が可能となる。
つまり受光素子１１を４分割の受光素子とすることで、いわゆるプッシュプル信号やトラッキングエラー信号を０次光用の受光素子１１によって検出することが可能となる。
【００４２】
プッシュプル信号は、例えば光記録媒体１０が、ウォブリンググルーブが形成された光ディスクである場合に、ウォブル情報として検出される。またトラッキングエラー信号をプッシュプル信号から生成する場合もある。
このようなプッシュプル信号は、例えば４分割の受光素子１１の出力に対して、（Ｅ１＋Ｅ４）−（Ｅ２＋Ｅ３）の演算で得ることができる。
【００４３】
また、４分割の受光素子１１により、いわゆるＤＰＤ（Differential Phase Detection：位相差法）によるトラッキングエラー信号を得ることもできる。この場合、トラッキングエラー信号は、信号（Ｅ１＋Ｅ３）と、信号（Ｅ２＋Ｅ４）を受光素子１１の出力から得るようにする。そしてこの信号（Ｅ１＋Ｅ３）と、信号（Ｅ２＋Ｅ４）の位相誤差を検出して、位相誤差に応じた値としてのトラッキングエラー信号が生成されるものである。
【００４４】
図５は、受光素子部５において受光素子１２，１３を５分割ディテクタとした例である。
この場合、受光素子１２は、Ｆ，Ａ，Ｓ１，Ｂ、Ｇという５個の受光領域を有する。また受光素子１３は、Ｈ，Ｄ，Ｓ２，Ｃ、Ｋという５個の受光領域を有する。
ＳＳＤ方の場合、このような５分割の受光素子１２，１３によりフォーカスエラー信号を得るようにする例もある。この場合、受光素子１２，１３の出力に対して、｛（Ｓ１＋Ｆ＋Ｇ）＋Ｃ＋Ｄ｝−｛（Ｓ２＋Ｈ＋Ｋ）＋Ａ＋Ｂ｝の演算によりフォーカスエラー信号を得ることができる。
そしてこの場合も、受光素子部５のオフセットに伴って、中央受光領域Ｓ１，Ｓ２の幅の比ｓ１／ｓ２が、上述した式２０又は式２１をほぼ満たすように形成されていることで、合焦状態において｛（Ｓ１＋Ｆ＋Ｇ）＋Ｃ＋Ｄ｝−｛（Ｓ２＋Ｈ＋Ｋ）＋Ａ＋Ｂ｝の演算を行なって得たフォーカスエラー信号はゼロレベル（Ｓ字原点）となる。
【００４５】
また元来、５分割ディテクタを用いるのは、図２に示したようなフォーカスエラー信号のフェイク部分Ｆを低減することを目的としている。
ところが、従来のようにＳ字カーブの非対称性があると、一方のフェイクが低減できなくなるという現象がある。しかしながら、本例のように受光素子部５をオフセットさせてＳ字カーブを対称とすることで、５分割ディテクタを用いた場合のフェイクの低減が有効に機能するという利点もある。
【００４６】
以上、実施の形態の光ピックアップ装置を説明してきたが、光ピックアップ装置の構成、特に用いられる光学素子の種類、数などは、各種の変形例が考えられる。
また本発明の光ピックアップ装置は、光ディスク、光磁気ディスク、光カードなどの各種光学記録媒体に対応する記録装置、再生装置に搭載できるものである。特に高密度光記録媒体に対する装置への搭載に好適である。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の光ピックアップ装置は、受光素子部を、０次光の焦点位置よりも所定量回折素子側にオフセットさせた位置に配するようにしたことで、ＳＳＤ方式で検出されるフォーカスエラー信号のＳ字信号の対称性を改善できる。
これによって、フォーカスエラー信号のゲインが一定となり、光記録媒体の記録再生動作を安定させることができる。また、Ｓ字信号が対称になることでフォーカスマージンも対称になる。これによって全体のフォーカスマージンが大きくなり、これによっても光記録媒体の記録再生動作が安定する。
また、結果的には回折素子と受光素子部の間の距離を短くすることができるという利点もあり、従って光ピックアップ装置の小型化に好適である。
【００４８】
さらに、Ｓ字信号の非対称性は、特に、高ＮＡの対物レンズを用いた高密度光記録媒体に対応する光ピックアップ装置や、小型の光ピックアップ装置において顕著となるが、本発明の光ピックアップ装置により、その場合のＳ字信号の非対称性も改善できるため、高密度記録再生ようの光ピックアップ装置として好適となる。
【００４９】
また、＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅と、−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅は、光記録媒体上での焦点位置とフォーカスエラー信号の原点位置とのずれ補正するために異なるサイズとされている。これによって、受光素子部のオフセットにも関わらず、光記録媒体に対する焦点位置と、フォーカスエラー信号のＳ字原点とにズレを解消でき、従前と同様の演算方式でフォーカスエラー信号を得ることができるため、後段の演算回路構成の変更は必要ないという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の光ピックアップ装置の構成の説明図である。
【図２】実施の形態の光ピックアップ装置で得られるフォーカスエラー信号の説明図である。
【図３】実施の形態の光ピックアップ装置の受光素子部の受光素子の説明図である。
【図４】実施の形態の受光素子部の変形例の説明図である。
【図５】実施の形態の受光素子部の変形例の説明図である。
【図６】従来の光ピックアップ装置の構成の説明図である。
【図７】従来の光ピックアップ装置で得られるフォーカスエラー信号の説明図である。
【図８】従来の光ピックアップ装置の受光素子部の受光素子の説明図である。
【符号の説明】
１ 光源、２ ビームスプリッタ、３ 対物レンズ、４ 回折素子、５ 受光素子部、１０ 光記録媒体、１１，１２，１３ 受光素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折素子によって発生した回折光を用いてスポットサイズディテクション法（Spot Size Detection：ＳＳＤ）によってフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回折素子によって発生した回折光を用いてスポットサイズディテクション法（ＳＳＤ法）によってフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置が知られており、まずこのような光ピックアップ装置に関して、図６〜図８で説明する。
【０００３】
図６は、ＳＳＤ法でフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置の構成例を示している。
レーザダイオード等のレーザ光源２１から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタ２２を透過して対物レンズ２３に進み、対物レンズ２３を介して光ディスク等の光記録媒体１０の情報記録面に照射される。
光記録媒体１０からの反射光は、対物レンズ２３を介してビームスプリッタ２２に戻り、ビームスプリッタ２２によって光路が屈折されて回折素子２４に導かれる。
そして反射光は回折素子２４により、これを透過する０次光と、回折素子２４により回折される＋１次光（回折光）、−１次光（回折光）が得られる。
そして０次光、＋１次光、−１次光は、それぞれ受光素子部２５に至る。
【０００４】
受光素子部２５には、例えば図８のような受光パターンが形成されている。
受光素子３１は、０次光に対応する受光領域Ｅを有する。
受光素子３２は、３分割とされた受光領域Ａ，Ｓ１，Ｂを有し、＋１次光に対応する。
受光素子３３は、同じく３分割とされた受光領域Ｃ，Ｓ２，Ｄを有し、−１次光に対応する。
各受光素子３１，３２，３３の受光領域Ｅ，Ａ，Ｓ１，Ｂ，Ｃ，Ｓ２，Ｄは、それぞれ入射された光の光強度に応じた電流レベルとなる電気信号を出力する。
【０００５】
この各受光素子３１，３２，３３から出力される電気信号は、図示しないマトリクスアンプに供給され、電流／電圧変換、増幅、マトリクス演算等の処理が行われて、所要の信号が生成されることになる。
即ち、光記録媒体１０に記録されている情報に対応する再生信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号などが生成される。
【０００６】
対物レンズ２３は、フォーカスコイル及びトラッキングコイルを有する図示しない二軸機構によって光記録媒体１０に接離する方向（フォーカス方向）及び光記録媒体のトラック進行方向に直交する方向（トラッキング方向）に変位可能に保持されている。
そしてフォーカスエラー信号に基づいて図示しないサーボ回路でフォーカスドライブ信号が生成され、二軸機構のフォーカスコイルが駆動されることで、対物レンズ２３がフォーカス方向に駆動され、光記録媒体１０に対して合焦状態を保つようにする。
またトラッキングエラー信号に基づいてサーボ回路でトラッキングドライブ信号が生成され、二軸機構のトラッキングコイルが駆動されることで、対物レンズ２３がトラッキング方向に駆動され、光記録媒体１０に対するトラッキング状態を保つようにする。
【０００７】
ＳＳＤ法の場合、フォーカスエラー信号は回折光のスポットサイズに応じて生成されることになる。
合焦状態の場合、受光素子３２に入射する＋１次光のスポットサイズと、受光素子３３に入射する−１次光のスポットサイズは、図８（ａ）に示すように同等となる。
一方、デフォーカス状態、即ち対物レンズ２３の位置が光記録媒体１０に対して近すぎる状態、もしくは遠すぎる状態では、受光素子３２に入射する＋１次光のスポットサイズと、受光素子３３に入射する−１次光のスポットサイズは、図８（ｂ）（ｃ）に示すように異なるものとなる。
つまり、受光素子３２、３３のスポットサイズを比較することで、フォーカスエラー信号を生成できる。
具体的には、後段のマトリクスアンプにおいて、受光領域Ａ，Ｓ１，Ｂ，Ｃ，Ｓ２，Ｄの出力に対して、（Ａ＋Ｂ＋Ｓ２）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｓ１）の演算を行うことでフォーカスエラー信号が生成される。
【０００８】
一般に、対物レンズ２３を光記録媒体１０に対して最も遠い位置から最も近い位置まで移動させた場合、フォーカスエラー信号としては、合焦位置近辺で、図７に示すようないわゆるＳ字カーブが観測されることが知られている。
そして、Ｓ字カーブにおけるピークＰ１からピークＰ２までの間の略リニアな領域が、いわゆるフォーカス引き込み範囲となる。つまりフォーカス引き込み範囲内に対物レンズ２３が位置しているときに、フォーカスエラー信号に基づいてＳ字原点となる位置（つまりフォーカスエラー＝０の位置）に対物レンズ２３の位置を制御することがフォーカスサーボの基本動作となる。
【０００９】
今、図７に示すように、Ｓ字信号におけるフォーカス引き込み範囲の距離をｄとする。つまり、「ｄ」をＳ字信号がピークＰ１からピークＰ２までの変化するときの、光記録媒体の移動距離（対物レンズ位置に対する光記録媒体の変動距離）と定義する。
またＳ字原点に対してそれぞれ片側Ｓ字引き込み範囲ｄ１、ｄ２を、それぞれＳ字信号がＳ字原点からＳ字ピークＰ１、Ｐ２まで変化するときの、光記録媒体の移動距離と定義する。このとき、
ｄ=ｄ１＋ｄ２ ・・・（式１）
が成り立つ。
【００１０】
Ｓ字原点は、光記録媒体上での焦点位置と一致する。
これは、通常のＳＳＤ方式では、回折素子２４で回折されたそれぞれの回折光（＋１次光、−１次光）が図８（ａ）のように同じスポット径ｒとなったときであり、０次光の焦点位置とほぼ一致する（ただし厳密にはL・cosθ（θ：回折角、Ｌ：回折素子２４と受光素子部２５との距離)だけ回折素子２４側へずれる）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、対物レンズ２３のＮＡ（Numerical Aperture：開口率）を ＮＡ[L]とする。また、受光素子部２５に集光される集光光のうち、回折素子２４を透過した０次光のＮＡをＮＡ[0]とする。さらに、回折素子２４で回折された＋１次光、−１次光のそれぞれのＮＡをＮＡ[+1]’、ＮＡ[-1]’とする。
また各NAは十分に小さく、NA＝sinθ＝tanθ＝θの近似が成り立つものとする。
【００１２】
このとき、
ＮＡ[-1]’＜ＮＡ[+1]’ ・・・（式２）
であり、
ＮＡ[-1]’＋ＮＡ[+1]’＝２・ ＮＡ[L] ・・・（式３）
の関係が成り立つ。
【００１３】
図６に示すように、受光素子部２５の位置（０次光の焦点位置）から、回折素子２４で回折された回折光（＋１次光、−１次光）のそれぞれの焦点位置までの距離を、それぞれＤ11、Ｄ12とする。
すると、上述した片側Ｓ字引込み範囲ｄ１、ｄ２は、
ｄ１＝｛（1/2）・Ｄ11・（ＮＡ[+1]’）2｝／（ＮＡ[L]）2 ・・・（式４）
ｄ２＝｛（1/2）・Ｄ12・（ＮＡ[-1]’）2｝／（ＮＡ[L]）2 ・・・（式５）
と近似できる。
【００１４】
このとき、Ｓ字原点において受光素子３２，３３上での各回折光のスポット径ｒが等しいことから、
ｒ／２＝Ｄ11・ＮＡ[+1]’
＝Ｄ12・ＮＡ[-1]’ ・・・（式６）
となる。よって、式６より、以下の関係が成り立つ。
Ｄ11／Ｄ12＝ＮＡ[-1]’／ＮＡ[+1]’ ・・・（式７）
従って、ＮＡ[0]＝ＮＡ[+1]’＝ＮＡ[-1]’と近似できる場合、Ｄ11＝Ｄ12となり、式４、式５より、
ｄ１／ｄ２＝１ ・・・（式８）
となる。
【００１５】
ここで、回折光（＋１次光、−１次光）と0次光との間には以下の関係が成り立つ。
ＮＡ[+1]’＝Ｌ／（Ｌ−Ｄ11）・ＮＡ[0] ・・・（式９）
ＮＡ[-1]’＝Ｌ／（Ｌ＋Ｄ12）・ＮＡ[0] ・・・（式１０）
従って、回折素子２４と受光素子部２５との距離Ｌが十分に大きい場合、あるいは距離Ｄ11、Ｄ12が十分に小さい場合には、式８は成り立つこととなる。
しかし、この近似が成り立たなくなると、ＮＡ[0]＝ＮＡ[+1]’＝ＮＡ[-1]’の関係が成り立たなくなり、式８は以下の式１１のようになる。
Ｓ字カーブが非対称となることは、フォーカスサーボ信号のゲインが不安定化することや、フォーカスマージンが非対称となることを意味し、これによって光記録媒体に対する記録再生の安定性という面で不利となる。
【００１６】
また、高密度記録媒体に対応する装置の場合、対物レンズ２３を高ＮＡ化することが行われるが、従前と同じＳ字引き込み範囲ｄを得ようとした場合、対物レンズ２３の開口率（ＮＡ[L]）が大きくなるほど、回折素子２４による焦点変換距離Ｄ11（Ｄ12）を大きくすることが必要であることが、式４、式５より理解される。
これに伴って、式９、式１０より、０次光に対して、回折素子２４で回折された回折光のＮＡの変化量も大きくなる。
このため、対物レンズ２３のＮＡが大きい光ピックアップ装置の場合、Ｓ字引込み範囲の非対称性がより大きくなってしまう。
【００１７】
さらに、光ピックアップ装置の小型化のためには、回折素子２４から受光素子部２５までの距離Ｌを小さくしたい。
しかしながら式９、式１０からわかるように、回折素子２４から受光素子部２５までの距離Ｌが小さくなると、０次光に対して、回折素子２４で回折された回折光のＮＡの変化量が増加する。つまりこの場合もＳ字引込み範囲の非対称性が大きくなる。
【００１８】
以上のように回折素子を用いたＳＳＤ法でフォーカスエラー信号を得る光ピックアップ装置の場合、上記のようなS字引き込み範囲の非対称性の問題がある。
特に、対物レンズ２３のＮＡが大きく、回折素子２４から受光素子部２５までの距離Ｌが小さい光ピックアップ装置、すなわち、高密度な光記録媒体向けの小型の光ピックアップ装置では、Ｓ字引き込み範囲の非対称性が顕著となり大きな問題となってくる。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような問題に鑑みて、ＳＳＤ方式でフォーカスエラー信号を得る光ピックアップ装置において、フォーカスエラー信号のＳ字カーブとして対称性のよい信号を検出できるようにすることを目的とする。
【００２０】
このため本発明では、光記録媒体にレーザ光を照射すると共に、少なくとも光記録媒体からの反射光を回折素子を介して受光素子部に導き、上記回折素子によって発生した回折光を用いたスポットサイズディテクション法によってフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置において、上記受光素子部の位置が、
（ＮＡ [+1] ／ＮＡ [-1] ）＜（Ｄ２／Ｄ１）≦（ＮＡ [+1] ／ＮＡ [-1] ） 2
が成り立つ範囲で、上記回折素子を透過した０次光の焦点位置から、上記回折素子側へオフセットされているようにする。
【００２１】
さらに、上記受光素子部の位置は、
（Ｄ２／Ｄ１）＝（ＮＡ[+1]／ＮＡ[-1]）2
が、ほぼ成り立つように、上記回折素子を透過した０次光の焦点位置から上記回折素子側へオフセットされているようにする。
なお、これらの場合、ＮＡ[+1]、ＮＡ[-1]、Ｄ１、Ｄ２は次の通りである。
ＮＡ[+1]は上記回折素子による＋１次回折光の開口率
ＮＡ[-1]は上記回折素子による−１次回折光の開口率
Ｄ１は上記回折素子による＋１次回折光の焦点位置から上記受光素子部までの距離
Ｄ２は上記回折素子による−１次回折光の焦点位置から上記受光素子部までの距離
【００２２】
また、上記受光素子部における、上記＋１次回折光に対応する受光素子、及び上記−１次回折光に対応する受光素子は、３分割又は５分割の受光領域が形成されていると共に、上記＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅と、上記−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅は、上記光記録媒体上での焦点位置と上記フォーカスエラー信号の原点位置とのずれ補正するための異なるサイズとされているようにするとともに、
上記＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ１）と、上記−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ２）の比が、概略、
ｓ１：ｓ２＝（Ｄ１／ＮＡ[-1]）：（Ｄ２／ＮＡ[+1]）
とされているようにする。
又は、上記＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ１）と、上記−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ２）の比が、概略、
ｓ１：ｓ２＝ＮＡ[-1]：ＮＡ[+1]
とされているようにする。
【００２３】
即ち本発明では、受光素子部の位置を、回折光を透過した０次光の焦点位置から、回折素子側へオフセットさせることによって、フォーカスエラー信号（S字信号）の形状非対称性を補正するものである。
さらには、受光素子部をオフセットした場合には光記録媒体に対する焦点位置と、フォーカスエラー信号のＳ字原点とにズレが生じてしまうが、これを、３分割又は５分割の受光領域の中央受光領域の分割幅を、＋１次回折光に対応する受光素子と−１次回折光に対応する受光素子とで異なるサイズとすることで解消する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の光ピックアップ装置について説明していく。
図１は、ＳＳＤ法でフォーカスエラー信号検出を行う本発明の実施の形態の光ピックアップ装置の構成例を示している。
レーザダイオード等のレーザ光源１から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタ２を透過して対物レンズ３に進み、対物レンズ３を介して光ディスク等の光記録媒体１０の情報記録面に照射される。
光記録媒体１０からの反射光は、対物レンズ３を介してビームスプリッタ２に戻り、ビームスプリッタ２によって光路が分離されて回折素子４に導かれる。
そして反射光は回折素子４により、これを透過する０次光と、回折素子４により回折される＋１次光（回折光）、−１次光（回折光）が得られる。
そして０次光、＋１次光、−１次光は、それぞれ受光素子部５に至る。
特に本例の光ピックアップ装置においては、この受光素子部５の配置位置が図６に示した従来例と比較して、回折素子４側にオフセットされた位置とされているものである。これについては後述する。
【００２５】
受光素子部５には、例えば図３のような受光パターンが形成されている。
受光素子１１は、０次光に対応する受光領域Ｅを有する。
受光素子１２は、３分割とされた受光領域Ａ，Ｓ１，Ｂを有し、＋１次光に対応する。
受光素子１３は、同じく３分割とされた受光領域Ｃ，Ｓ２，Ｄを有し、−１次光に対応する。
各受光素子１１，１２，１３の受光領域Ｅ，Ａ，Ｓ１，Ｂ，Ｃ，Ｓ２，Ｄは、それぞれ入射された光の光強度に応じた電流レベルとなる電気信号を出力する。
【００２６】
この各受光素子１１，１２，１３から出力される電気信号は、図示しないマトリクスアンプに供給され、電流／電圧変換、増幅、マトリクス演算等の処理が行われて、所要の信号が生成されることになる。
即ち、光記録媒体１０に記録されている情報に対応する再生信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号などが生成される。
【００２７】
対物レンズ３は、フォーカスコイル及びトラッキングコイルを有する図示しない二軸機構によって、光記録媒体１０に接離する方向（フォーカス方向）及び光記録媒体のトラック進行方向に直交する方向（トラッキング方向）に変位可能に保持されている。
そしてフォーカスエラー信号に基づいて図示しないサーボ回路でフォーカスドライブ信号が生成され、二軸機構のフォーカスコイルが駆動されることで、対物レンズ３がフォーカス方向に駆動され、光記録媒体１０に対して合焦状態を保つようにする。
またトラッキングエラー信号に基づいてサーボ回路でトラッキングドライブ信号が生成され、二軸機構のトラッキングコイルが駆動されることで、対物レンズ３がトラッキング方向に駆動され、光記録媒体１０に対するトラッキング状態を保つようにする。
【００２８】
ＳＳＤ法の場合のフォーカスエラー信号は回折光のスポットサイズに応じて生成されることになり、後段のマトリクスアンプにおいて、受光領域Ａ，Ｓ１，Ｂ，Ｃ，Ｓ２，Ｄの出力に対して、（Ａ＋Ｂ＋Ｓ２）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｓ１）の演算を行うことでフォーカスエラー信号が生成されることは従来と同様である。
つまりフォーカシングの状態（合焦／デフォーカス）によって変動する、受光素子１２に入射する＋１次光のスポットサイズと、受光素子１３に入射する−１次光のスポットサイズを利用する原理は同様である。
【００２９】
但し、本例の場合、受光素子部５の位置がオフセットされることで、合焦状態において、受光素子１２に入射する＋１次光のスポットサイズと、受光素子１３に入射する−１次光のスポットサイズは同等とはならない。
このため、図３に示すように、受光素子１２と受光素子１３は、異なるサイズとされている。特に言えば、３分割のうちの中央受光領域となる受光領域Ｓ１とＳ２の分割方向の幅のサイズが異なるように設計される。この意味についても後述する。
【００３０】
本例の場合、フォーカスエラー信号としては、図２のようなＳ字カーブが観測されることになる。
図２と図７を比較してわかるように、本例の場合は、対称性のよいＳ字カーブ（Ｓ字引き込み範囲）が得られるものとなる。
図７の場合と同様に、Ｓ字信号におけるフォーカス引き込み範囲の距離をｄとする。つまり、「ｄ」をＳ字信号がピークＰ１からピークＰ２までの変化するときの、光記録媒体の移動距離（対物レンズ位置に対する光記録媒体の変動距離）と定義する。
図２のＳ字引き込み範囲の対称性が改善された本例の場合は、Ｓ字原点に対してそれぞれ片側Ｓ字引き込み範囲は同等となり、これをｄ０として示している。
つまり、ｄ０＝ｄ／２となる。
【００３１】
以下、次のように定義して説明を進める。
ＮＡ[+1]：回折素子４による＋１次光のＮＡ
ＮＡ[-1]：回折素子４による−１次光のＮＡ
ＮＡ[0]：回折素子４を透過した０次光のＮＡ
ＮＡ[L]：対物レンズ３のＮＡ
Ｄ１：回折素子４による＋１次回折光の焦点位置から受光素子部５までの距離
Ｄ２：回折素子４による−１次回折光の焦点位置から受光素子部５までの距離
ｓ１：＋１次光に対応する受光素子１２の中央受光領域Ｓ１の分割幅
ｓ２：−１次光に対応する受光素子１３の中央受光領域Ｓ２の分割幅
ｒ１：受光素子１２に到達する＋１次光のスポット径
ｒ２：受光素子１３に到達する−１次光のスポット径
【００３２】
対称性のよいＳ字引き込み範囲とするには、図２に示したように片側Ｓ字引き込み範囲ｄ０＝ｄ／２となるような設計が必要である。
回折素子４によって、回折光（＋１次光、−１次光）がＮＡ[+1]、ＮＡ[-1]に変換されたとき、片側Ｓ字引込み範囲ｄ０(＝ｄ／２)を得るために必要な、回折光の焦点変換距離Ｄ１、Ｄ２は以下のようになる。
Ｄ１＝２ｄ０・（ＮＡ[L]）2／（ＮＡ[+1]）2｝ ・・・（式１２）
Ｄ２＝２ｄ０・（ＮＡ[L]）2／（ＮＡ[-1]）2｝ ・・・（式１３）
【００３３】
これらの関係から、
Ｄ１／Ｄ２＝（ＮＡ[-1]／ＮＡ[+1]）2 ・・・（式１５）
となる。
【００３４】
従来では、上述した式７のように、このＤ１／Ｄ２に相当する焦点変換距離の比（Ｄ11／Ｄ12）＝ＮＡ[-1]’／ＮＡ[+1]’としていたところ、本例では、式１５の位置関係になるように、受光素子部５を０次光の焦点位置から回折素子４側に補正（オフセット）することで、Ｓ字引込み範囲の対称性を向上するものである。
即ち、Ｄ１／Ｄ２＝ＮＡ[-1]／ＮＡ[+1]となるのが従来の位置関係であるが、これを、
ＮＡ[+1]／ＮＡ[-1]＜（Ｄ２／Ｄ１）≦（ＮＡ[+1]／ＮＡ[-1]）2
が成り立つ範囲で、受光素子部５の位置を、本来０次光の焦点位置とされていた位置から回折素子４側へオフセットされているようにする。これによってＳ字信号のそれぞれ片側Ｓ字引き込み範囲は、図７におけるｄ１，ｄ２より、図２のｄ０，ｄ０に近づくものとなる。つまりＳ字引き込み範囲の対称性が改善される。
また特に、式１５のＤ１／Ｄ２＝（ＮＡ[-1]／ＮＡ[+1]）2 は、ｄ０＝ｄ／２に基づいて導かれた式であるため、Ｄ１／Ｄ２が、ほぼ（ＮＡ[-1]／ＮＡ[+1]）2とされるような位置関係（受光素子部５のオフセット設定）とされることで、Ｓ字引き込み範囲の対称性が最適化される。
【００３５】
そしてこのようにＳ字引き込み範囲の対称性が改善されることで、フォーカスサーボ信号のゲインの安定化や、フォーカスマージンの対称性を実現でき、光記録媒体に対する記録再生動作の安定性が得られる。
また、高密度記録媒体に対応する光ピックアップ装置や、小型の光ピックアップ装置において、Ｓ字引き込み範囲の非対称状態が顕著となると述べたが、受光素子部５のオフセットによって対称性が改善されることで、これらの光ピックアップ装置としても好適なものとなる。
【００３６】
ところで、光記録媒体１０に対してフォーカス合焦状態にあるときの、受光素子１２，１３に到達する各回折光（＋１次光、−１次光）のスポット径ｒ１，ｒ２はそれぞれ、
ｒ１＝２・Ｄ１・ＮＡ[+1] ・・・（式１６）
ｒ２＝２・Ｄ２・ＮＡ[-1] ・・・（式１７）
となる。
【００３７】
通常のＳＳＤ方式の場合、光記録媒体１０に対してフォーカス合焦状態にあるとき、回折素子４で回折された各回折光（＋１次光、−１次光）の、受光素子１２，１３上でのスポット径は同じであり、
ｒ１／ｒ２＝１ ・・・（式１８）
となる。したがってこれらの回折光を、受光素子によって同じ比率に光分割しＳＳＤ法による信号演算を行うことで、Ｓ字原点と、光記録媒体１０の焦点位置とが一致していた。
【００３８】
ところが本例の場合、光記録媒体１０が焦点位置にあるとき、回折素子４で回折されたそれぞれの回折光の受光素子１２，１３上でのスポット径の比は、式１６、式１７、および式１２、式１３より、
【００３９】
この場合、受光素子１２，１３において通常と同様な方式で光分割を行うと、光記録媒体の焦点位置とS字原点とにずれが生じてしまう。
そこで本例では、図３に示したように、各回折光がそれぞれ到達する受光素子１２，１３の各中央受光領域Ｓ１，Ｓ２の幅の比ｓ１／ｓ２を、
ｓ１／ｓ２＝ＮＡ[-1]／ＮＡ[+1] ・・・（式２０）
とする。
或いは、
ｓ１／ｓ２＝Ｄ１・ＮＡ[+1]／Ｄ２・ＮＡ[-1] ・・・（式２１）
とする。
【００４０】
図３においては各受光素子１１，１２，１３上に、円形斜線部として、それぞれ０次光、＋１次光、−１次光のスポットを示しているが、受光素子部５の位置が０次光の焦点位置よりも回折素子４側にオフセットされていることで、合焦状態においては図示するように、受光素子１２，１３上に照射される各回折光のスポットサイズは異なるものとなる。従って、図８に示した受光素子３２，３３を用いた場合、（Ａ＋Ｂ＋Ｓ２）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｓ１）の演算を行なって得たフォーカスエラー信号については、合焦状態の時にゼロレベル（Ｓ字原点）とならない。
ここで、図３の３分割パターンとしての受光素子１２，１３の中央受光領域Ｓ１，Ｓ２の分割方向の幅ｓ１，ｓ２の比が、式２０又は式２１をほぼ満たすように形成されていることで、合焦状態において（Ａ＋Ｂ＋Ｓ２）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｓ１）の演算を行なって得たフォーカスエラー信号はゼロレベル（Ｓ字原点）となる。つまりスポットサイズは異なっていても、受光領域Ｓ１とＳ２で検出される光強度は同等となるためである。
従って、このように受光素子１２，１３を設定することで、見かけ上、合焦状態の際に各回折光について検出されるスポットサイズが異なってしまうが、通常と同様にＳＳＤ方式での（Ａ＋Ｂ＋Ｓ２）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｓ１）の演算によってフォーカスエラー信号を得ることができる。このため後段のマトリクスアンプ等の回路系の設計変更は不要である。
【００４１】
図４に受光素子部５の受光素子の変形例を示す。これは、特に０次光に対応する受光素子１１を４分割ディテクタとした例である。
上述したように受光素子部５は、０次光の焦点位置から回折素子４側にオフセットされる。これは、０次光用の受光素子１１に入射する０次光のスポットサイズが大きくなることをも意味する。従って、受光素子１１を、受光領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４を有する４分割の受光素子としても、各受光領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４において適切な光検出が可能となる。
つまり受光素子１１を４分割の受光素子とすることで、いわゆるプッシュプル信号やトラッキングエラー信号を０次光用の受光素子１１によって検出することが可能となる。
【００４２】
プッシュプル信号は、例えば光記録媒体１０が、ウォブリンググルーブが形成された光ディスクである場合に、ウォブル情報として検出される。またトラッキングエラー信号をプッシュプル信号から生成する場合もある。
このようなプッシュプル信号は、例えば４分割の受光素子１１の出力に対して、（Ｅ１＋Ｅ４）−（Ｅ２＋Ｅ３）の演算で得ることができる。
【００４３】
また、４分割の受光素子１１により、いわゆるＤＰＤ（Differential Phase Detection：位相差法）によるトラッキングエラー信号を得ることもできる。この場合、トラッキングエラー信号は、信号（Ｅ１＋Ｅ３）と、信号（Ｅ２＋Ｅ４）を受光素子１１の出力から得るようにする。そしてこの信号（Ｅ１＋Ｅ３）と、信号（Ｅ２＋Ｅ４）の位相誤差を検出して、位相誤差に応じた値としてのトラッキングエラー信号が生成されるものである。
【００４４】
図５は、受光素子部５において受光素子１２，１３を５分割ディテクタとした例である。
この場合、受光素子１２は、Ｆ，Ａ，Ｓ１，Ｂ、Ｇという５個の受光領域を有する。また受光素子１３は、Ｈ，Ｄ，Ｓ２，Ｃ、Ｋという５個の受光領域を有する。
ＳＳＤ方の場合、このような５分割の受光素子１２，１３によりフォーカスエラー信号を得るようにする例もある。この場合、受光素子１２，１３の出力に対して、｛（Ｓ１＋Ｆ＋Ｇ）＋Ｃ＋Ｄ｝−｛（Ｓ２＋Ｈ＋Ｋ）＋Ａ＋Ｂ｝の演算によりフォーカスエラー信号を得ることができる。
そしてこの場合も、受光素子部５のオフセットに伴って、中央受光領域Ｓ１，Ｓ２の幅の比ｓ１／ｓ２が、上述した式２０又は式２１をほぼ満たすように形成されていることで、合焦状態において｛（Ｓ１＋Ｆ＋Ｇ）＋Ｃ＋Ｄ｝−｛（Ｓ２＋Ｈ＋Ｋ）＋Ａ＋Ｂ｝の演算を行なって得たフォーカスエラー信号はゼロレベル（Ｓ字原点）となる。
【００４５】
また元来、５分割ディテクタを用いるのは、図２に示したようなフォーカスエラー信号のフェイク部分Ｆを低減することを目的としている。
ところが、従来のようにＳ字カーブの非対称性があると、一方のフェイクが低減できなくなるという現象がある。しかしながら、本例のように受光素子部５をオフセットさせてＳ字カーブを対称とすることで、５分割ディテクタを用いた場合のフェイクの低減が有効に機能するという利点もある。
【００４６】
以上、実施の形態の光ピックアップ装置を説明してきたが、光ピックアップ装置の構成、特に用いられる光学素子の種類、数などは、各種の変形例が考えられる。
また本発明の光ピックアップ装置は、光ディスク、光磁気ディスク、光カードなどの各種光学記録媒体に対応する記録装置、再生装置に搭載できるものである。特に高密度光記録媒体に対する装置への搭載に好適である。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の光ピックアップ装置は、受光素子部を、０次光の焦点位置よりも所定量回折素子側にオフセットさせた位置に配するようにしたことで、ＳＳＤ方式で検出されるフォーカスエラー信号のＳ字信号の対称性を改善できる。
これによって、フォーカスエラー信号のゲインが一定となり、光記録媒体の記録再生動作を安定させることができる。また、Ｓ字信号が対称になることでフォーカスマージンも対称になる。これによって全体のフォーカスマージンが大きくなり、これによっても光記録媒体の記録再生動作が安定する。
また、結果的には回折素子と受光素子部の間の距離を短くすることができるという利点もあり、従って光ピックアップ装置の小型化に好適である。
【００４８】
さらに、Ｓ字信号の非対称性は、特に、高ＮＡの対物レンズを用いた高密度光記録媒体に対応する光ピックアップ装置や、小型の光ピックアップ装置において顕著となるが、本発明の光ピックアップ装置により、その場合のＳ字信号の非対称性も改善できるため、高密度記録再生ようの光ピックアップ装置として好適となる。
【００４９】
また、＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅と、−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅は、光記録媒体上での焦点位置とフォーカスエラー信号の原点位置とのずれ補正するために異なるサイズとされている。これによって、受光素子部のオフセットにも関わらず、光記録媒体に対する焦点位置と、フォーカスエラー信号のＳ字原点とにズレを解消でき、従前と同様の演算方式でフォーカスエラー信号を得ることができるため、後段の演算回路構成の変更は必要ないという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の光ピックアップ装置の構成の説明図である。
【図２】実施の形態の光ピックアップ装置で得られるフォーカスエラー信号の説明図である。
【図３】実施の形態の光ピックアップ装置の受光素子部の受光素子の説明図である。
【図４】実施の形態の受光素子部の変形例の説明図である。
【図５】実施の形態の受光素子部の変形例の説明図である。
【図６】従来の光ピックアップ装置の構成の説明図である。
【図７】従来の光ピックアップ装置で得られるフォーカスエラー信号の説明図である。
【図８】従来の光ピックアップ装置の受光素子部の受光素子の説明図である。
【符号の説明】
１ 光源、２ ビームスプリッタ、３ 対物レンズ、４ 回折素子、５ 受光素子部、１０ 光記録媒体、１１，１２，１３ 受光素子
Claims (4)
- 光記録媒体にレーザ光を照射すると共に、少なくとも光記録媒体からの反射光を回折素子を介して受光素子部に導き、上記回折素子によって発生した回折光を用いたスポットサイズディテクション法によってフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置において、
上記受光素子部の位置が、
（ＮＡ [+1] ／ＮＡ [-1] ）＜（Ｄ２／Ｄ１）≦（ＮＡ [+1] ／ＮＡ [-1] ） 2
が成り立つ範囲で、上記回折素子を透過した０次光の焦点位置から上記回折素子側へオフセットされていること
を特徴とする光ピックアップ装置。
但し、
ＮＡ [+1] は上記回折素子による＋１次回折光の開口率
ＮＡ [-1] は上記回折素子による−１次回折光の開口率
Ｄ１は上記回折素子による＋１次回折光の焦点位置から上記受光素子部までの距離
Ｄ２は上記回折素子による−１次回折光の焦点位置から上記受光素子部までの距離 - 光記録媒体にレーザ光を照射すると共に、少なくとも光記録媒体からの反射光を回折素子を介して受光素子部に導き、上記回折素子によって発生した回折光を用いたスポットサイズディテクション法によってフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置において、
上記受光素子部の位置が、
（Ｄ２／Ｄ１）＝（ＮＡ [+1] ／ＮＡ [-1] ） 2
が、ほぼ成り立つように、上記回折素子を透過した０次光の焦点位置から上記回折素子側へオフセットされていること
を特徴とする光ピックアップ装置。
但し、
ＮＡ [+1] は上記回折素子による＋１次回折光の開口率
ＮＡ [-1] は上記回折素子による−１次回折光の開口率
Ｄ１は上記回折素子による＋１次回折光の焦点位置から上記受光素子部までの距離
Ｄ２は上記回折素子による−１次回折光の焦点位置から上記受光素子部までの距離 - 光記録媒体にレーザ光を照射すると共に、少なくとも光記録媒体からの反射光を回折素子を介して受光素子部に導き、上記回折素子によって発生した回折光を用いたスポットサイズディテクション法によってフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置において、
上記受光素子部の位置が、上記回折素子を透過した０次光の焦点位置から、上記回折素子側へオフセットさせた位置に設定され、
上記受光素子部における、上記＋１次回折光に対応する受光素子、及び上記−１次回折光に対応する受光素子は、３分割又は５分割の受光領域が形成されていると共に、
上記＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅と、上記−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅は、上記光記録媒体上での焦点位置と上記フォーカスエラー信号の原点位置とのずれ補正するための異なるサイズとされ、
上記＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ１）と、上記−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ２）の比が、概略、
ｓ１：ｓ２＝（Ｄ１／ＮＡ [-1] ）：（Ｄ２／ＮＡ [+1] ）
とされていること
を特徴とする光ピックアップ装置。
但し、
ＮＡ [+1] は上記回折素子による＋１次回折光の開口率
ＮＡ [-1] は上記回折素子による−１次回折光の開口率
Ｄ１は上記回折素子による＋１次回折光の焦点位置から上記受光素子部までの距離
Ｄ２は上記回折素子による−１次回折光の焦点位置から上記受光素子部までの距離 - 光記録媒体にレーザ光を照射すると共に、少なくとも光記録媒体からの反射光を回折素子を介して受光素子部に導き、上記回折素子によって発生した回折光を用いたスポットサイズディテクション法によってフォーカスエラー信号検出を行う光ピックアップ装置において、
上記受光素子部の位置が、上記回折素子を透過した０次光の焦点位置から、上記回折素子側へオフセットさせた位置に設定され、
上記受光素子部における、上記＋１次回折光に対応する受光素子、及び上記−１次回折光に対応する受光素子は、３分割又は５分割の受光領域が形成されていると共に、
上記＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅と、上記−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅は、上記光記録媒体上での焦点位置と上記フォーカスエラー信号の原点位置とのずれ補正するための異なるサイズとされ、
上記＋１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ１）と、上記−１次回折光に対応する受光素子の中央受光領域の分割幅（ｓ２）の比が、概略、
ｓ１：ｓ２＝ＮＡ [-1] ：ＮＡ [+1]
とされていること
を特徴とする光ピックアップ装置。
但し、
ＮＡ [+1] は上記回折素子による＋１次回折光の開口率
ＮＡ [-1] は上記回折素子による−１次回折光の開口率
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