JP4630844B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクなどの光情報記録媒体に対して情報の記録、再生又は消去などの処理を行う光学式情報処理装置において、その基幹部品である光学式ヘッド装置に使用される再生／記録信号及び各種サーボ信号等の検出機能を有する光ピックアップ装置に関する。

現在、光ディスクの中で最も大きな市場を形成しているＣＤ（Compact Disc）において、その記録・再生には波長７８０ｎｍ〜８２０ｎｍ帯の近赤外半導体レーザが用いられている。一方、急速に普及している、より高記録密度の光情報記録媒体であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）の記録・再生には、光スポットを小さくするためにより短波長の６３５ｎｍ〜６８０ｎｍ帯の赤色半導体レーザが用いられている。また、光情報記録媒体の種類によって案内溝のピッチが異なっている。これら規格の異なる２種類以上の光情報記録媒体に対して、１台の装置で記録・再生を可能にすることが要求されている。また、ＤＶＤの場合、ＤＶＤ−Ｒなどの案内溝ピッチが０．７４μｍのものや、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの案内溝ピッチが１．２３μｍのものなどがあり、これらについても１台の装置で対応することが要求されている。このような要求に対して、従来、図７に示すような光ピックアップ装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図７は従来の光ピックアップ装置の一例を示した概略構成図である。

図７において、符号１は半導体レーザ光源、符号２はハーフミラー（又はビームスプリッタ）、符号３はコリメートレンズ、符号４は対物レンズ、符号５は検出レンズ、符号６は光情報記録媒体、符号７は所定のパターンで多分割された受光面をもつ光検出器、符号８はレンズホルダー、符号９は所定の磁気回路によって構成された２次元アクチュエータ、符号１０は特殊回折格子である。

図７に示すように、対物レンズ４は、レンズホルダー８内に固定されていると共に２次元アクチュエータ９によって光軸（半導体レーザ光源１から出射されたレーザ光２５の進路）に沿った方向（以下、この方向をフォーカス方向と称する）及びトラッキング方向の２方向に駆動される。また、特殊回折格子１０は、半導体レーザ光源１とハーフミラー２との間に配置されている。半導体レーザ光源１を発したレーザ光２５は、特殊回折格子１０によって少なくとも０次光、＋１次回折光及び−１次回折光の３本の光ビーム（図示省略）に回折分岐された後、ハーフミラー２により反射され、その後、コリメートレンズ３を通過して対物レンズ４に達する。特殊回折格子１０によって回折分岐された０次光、＋１次回折光及び−１次回折光は、対物レンズ４によって各々独立に光情報記録媒体６の記録面上に集光されて３個の集光スポットを形成する。このとき、図８（左側）に示すように、３個の集光スポット１２（０次光に対応）、１３（＋１次回折光に対応）及び１４（−１次回折光に対応）は、光情報記録媒体６上に周期的（ピッチＴ_D ）に設けられた複数の案内溝１１のうち同一の案内溝上に同時に集光される。すなわち、集光スポット１２、１３及び１４は略直線状に配置されている。

また、図７に示すように、上記各集光スポットの光情報記録媒体６からの反射光は、往路とほぼ同様の光路を逆にたどり、対物レンズ４及びコリメートレンズ３を順次通過した後、ハーフミラー２に到達し、その後、当該反射光の光量の一部がハーフミラー２を透過し、さらに検出レンズ５を通過して多分割光検出器７内に設けられた所定の受光面に入射する。ここで、多分割光検出器７内の各受光面から得られた検出信号に基づいて、所定の演算回路によって、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などの対物レンズ位置制御信号及び光情報記録媒体６の記録面に記録された情報信号などが検出される。このとき、上記トラッキングエラー信号については、図８（右側）に示すように、多分割光検出器７の各受光面７ａ（集光スポット１２の反射光の受光面）、７ｂ（集光スポット１３の反射光の受光面）及び７ｃ（集光スポット１３の反射光の受光面）のそれぞれで検出された信号が従来型差動プッシュプル（ＤＰＰ）方式と同様の構成を持つ演算回路によって処理されることによって検出される。当該演算回路は、２分割された各受光面７ａ、７ｂ及び７ｃのそれぞれに接続された減算器１５ａ、１５ｂ及び１５ｃ、減算器１５ｂ及び１５ｃに接続された加算器１６、加算器１６に接続された増幅器１７、並びに、減算器１５ａ及び増幅器１７に接続された減算器１８等から構成されている。

図９は、図７に示す従来の光ピックアップ装置に用いられている特殊回折格子１０の格子パターンを示した平面図である。図９に示すように、特殊回折格子１０の格子面には一定の周期で格子溝１９ａ、２０ａ及び２１ａが形成されているが、その格子面は、各格子溝１９ａ、２０ａ及び２１ａの延びる方向に対して直交する分割線によって少なくとも３つの領域１９、２０及び２１に分割されている。すなわち、光情報記録媒体６のトラッキング方向（図８の接線方向）に平行な方向に延びる上記分割線によって少なくとも３つの領域１９、２０及び２１に分割されている。尚、格子溝１９ａ、２０ａ及び２１ａはそれぞれ領域１９、２０及び２１に形成された格子溝である。また、特殊回折格子１０の格子面の中央部に位置する領域２０は格子溝２０ａの延びる方向に沿って所定の幅Ｗを有する。また、この中央部領域２０内に周期的に設けられている格子溝２０ａの位相に対して、当該領域２０に隣接する領域１９内に周期的に設けられている格子溝１９ａの位相は９０度進んでいる（＋９０度ずれている）。すなわち、領域１９内における格子溝１９ａの配置周期は、中央部領域２０内における格子溝２０ａの配置周期を基準として約４分の１周期だけずれている。一方、領域１９の反対側において中央部領域２０に隣接する領域２１内に周期的に設けられている格子溝２１ａの位相は、中央部領域２０内に周期的に設けられている格子溝２０ａの位相に対して９０度遅れている（−９０度ずれている）。すなわち、領域２１内における格子溝２１ａの配置周期は、中央部領域２０内における格子溝２０ａの配置周期を基準として、領域１９内における格子溝１９ａの配置周期とは反対の方向に約４分の１周期だけずれている。従って、領域１９内に周期的に設けられている格子溝１９ａの位相と、領域２１内に周期的に設けられている格子溝２１ａの位相とは互いに１８０度異なっている。すなわち、領域１９内における格子溝１９ａの配置周期と、領域２１内における格子溝２１ａの配置周期とは互いに２分の１周期だけずれている。

以上に説明した、インライン型ＤＰＰ方式と呼ばれているトラッキング誤差検出方式を用いた従来の光ピックアップ装置によると、案内溝のピッチが異なる複数の光情報記録媒体に対して安定したトラッキング誤差検出を行うことが可能となる。
特開２００４−１４５９１５号公報

しかしながら、上記インライン型ＤＰＰ方式を用いた従来の光ピックアップ装置においては、１個のレーザ光源に対応した特殊回折格子１０を用いているため、この特殊回折格子１０を、２個以上のレーザ光源が隣接して配置されている光ピックアップ装置に用いようとすると、次のような問題が生じる。

すなわち、一方の光源に対しては、図９に示すように、そこから出射される光ビームの中心ｌ１が特殊回折格子１０の中央部領域２０内を通過するように特殊回折格子１０を配置できるので、図１０に示すように、インライン型ＤＰＰ方式による安定したトラッキング誤差信号検出を行うことができる。ここで、ＭＰＰはメインのプッシュプル信号、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２はサブの２個のプッシュプル信号、ＤＰＰはＭＰＰ、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２から得られるトラッキング誤差信号である。図１０に示すように、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２のそれぞれの位相はＭＰＰの位相に対して正確に１８０度ずれているため、ＤＰＰが適正値となり、各集光スポットを同一の案内溝上に形成できる。

しかし、他方の光源に対しては、図９に示すように、そこから出射される光ビームの中心ｌ２が特殊回折格子１０の中央部領域２０内ではなく例えば領域２０と領域２１との境界を通過することになるため、言い換えると、他方の光源から出射される光ビームのより多くが領域２１内を通過することになるため、図１１に示すように、インライン型ＤＰＰ方式による安定したトラッキング誤差信号検出を行うことができなくなる。すなわち、図１１に示すように、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２のそれぞれの位相のＭＰＰの位相に対するずれが１８０度から前後してしまうため、ＤＰＰが適正値からずれてしまい、各集光スポットを同一の案内溝上に形成できなくなる。尚、図１１において、ＳＰＰ１、ＳＰＰ２及びＤＰＰの適正値を一点鎖線で表している。

そこで、本発明は、上記従来の光ピックアップ装置における以上のような問題点を考慮し、インライン型ＤＰＰ方式の利点を保持したまま、２個以上の異なる光源が隣接して配置されている光ピックアップ装置において、案内溝のピッチが異なる複数の光情報記録媒体に対して安定したトラッキング誤差検出を行えるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップ装置は、第１の波長の光ビームを出射する第１の半導体レーザと、前記第１の半導体レーザと並設されており且つ前記第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２の半導体レーザと、前記第１の波長の光ビーム又は前記第２の波長の光ビームをそれぞれ少なくとも３本の光ビームに分岐させる回折格子と、前記回折格子により分岐された少なくとも３本の光ビームをそれぞれ集光して光情報記録媒体の記録面上に独立した少なくとも３個の集光スポットを照射する対物レンズと、前記少なくとも３個の集光スポットのそれぞれの前記光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを備え、前記回折格子は、それぞれ所定の周期構造を持つ少なくとも５つの領域に区画されており、前記少なくとも５つの領域は、第１方向において隣接する第１領域及び第２領域と、第２方向において前記第１領域及び前記第２領域のそれぞれと隣接する第３領域と、前記第１領域に対して前記第３領域を挟むように配置された第４領域と、前記第２領域に対して前記第３領域を挟むように配置され且つ前記第１方向において前記第４領域と隣接する第５領域とを含み、前記第１領域及び前記第５領域のそれぞれの周期構造の位相は、前記第３領域の周期構造の位相に対して実質的に９０度進んでおり、前記第２領域及び前記第４領域のそれぞれの周期構造の位相は、前記第３領域の周期構造の位相に対して実質的に９０度遅れている。

本発明の光ピックアップ装置において、前記回折格子により分岐された少なくとも３本の光ビームは、０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光を含んでいてもよい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記光情報記録媒体の記録面上には複数の案内溝が周期的に配置されており、前記対物レンズは、前記少なくとも３個の集光スポットを前記複数の案内溝のうちの同一の案内溝に照射してもよい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記回折格子における前記第１領域、前記第２領域、前記第３領域、前記第４領域及び前記第５領域はそれぞれ、凹部の幅及び凸部の幅が同じである凹凸の繰り返し構造を持っていてもよい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記回折格子における前記第１領域と前記第２領域との第１分割線の方向、及び前記回折格子における前記第４領域と前記第５領域との第２分割線の方向はそれぞれ、前記光情報記録媒体の半径方向に平行な方向と実質的に一致しており、前記回折格子における前記第３領域と前記第１領域及び前記第２領域のそれぞれとの第３分割線の方向、並びに前記回折格子における前記第３領域と前記第４領域及び前記第５領域のそれぞれとの第４分割線の方向はそれぞれ、前記光情報記録媒体の案内溝に平行な方向と実質的に一致しており、前記第１分割線及び前記第２分割線はそれぞれ、実質的に同一の直線上に位置してもよい。

尚、本願において、「平行・垂直」は、「空間的な平行・垂直」のみならず、「ミラー等による反射等を考慮した光学系における平行・垂直」をも意味するものとする。

本発明の光ピックアップ装置において、前記第１の半導体レーザの光ビーム出射点と前記第２の半導体レーザの光ビーム出射点とを結ぶ線の方向は、前記光情報記録媒体の半径方向と実質的に一致していてもよい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記回折格子における前記第１領域と前記第２領域との第１分割線、及び前記回折格子における前記第４領域と前記第５領域との第２分割線はそれぞれ、実質的に同一の直線上に位置しており、前記回折格子は、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザのそれぞれから出射される光ビームの中心が前記同一の直線を通過するように配置されていてもよい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記第２の波長は前記第１の波長よりも長く、前記第１の半導体レーザから出射される光ビームの中心は、前記回折格子における前記第３の領域を通過し、前記第２の半導体レーザから出射される光ビームの中心は、前記回折格子における前記第４領域と前記第５領域との第２分割線と前記回折格子における前記第３領域と前記第４領域及び前記第５領域のそれぞれとの第４分割線との交差点を通過していてもよい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記光検出器からの出力信号に基づいて、差動プッシュプル法によりトラッキング誤差信号を検出する演算回路をさらに備えていてもよい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザは、２波長モノリッシック半導体レーザとして構成されていてもよい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記光検出器は、前記少なくとも３個の集光スポットのそれぞれの前記光情報記録媒体からの反射光と対応する少なくとも３個の受光素子を有し、前記少なくとも３個の受光素子のそれぞれは少なくとも２分割以上に分割されていてもよい。

本発明の光ピックアップ装置によれば、２個以上の異なる光源が隣接して配置されている場合においても、案内溝のピッチが異なる複数の光情報記録媒体に対して安定したトラッキング誤差検出を行うことができる。

（実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置について、図面を参照しながらを説明する。

図１は、本実施形態に係る光ピックアップ装置の一例を示した概略構成図である。

図１に示す本実施形態の光ピックアップ装置は、第１の光情報記録媒体１０１の記録・再生に対応した第１の波長の光ビーム１０２を出射する第１の半導体レーザ１０３と、第２の光情報記録媒体１０４の記録・再生に対応した第２の波長（例えば第１の波長よりも長い波長）の光ビーム１０５を出射する第２の半導体レーザ１０６と、第１の波長の光ビーム１０２又は第２の波長の光ビーム１０５をそれぞれ少なくとも０次回折光のメインビーム、＋１次回折光のサブビーム及び−１次回折光のサブビーム（いずれも図示省略）に回折分岐させる回折格子１０７と、第１の波長の光ビーム１０２又は第２の波長の光ビーム１０５を第１の光情報記録媒体１０１又は第２の光情報記録媒体１０４に導くハーフミラー１０８と、第１の波長の光ビーム１０２又は第２の波長の光ビーム１０５の第１の光情報記録媒体１０１又は第２の光情報記録媒体１０４からの反射光を受光する光検出器１０９を搭載した集積回路基板１１０とを備えている。

尚、ハーフミラー１０８と第１の光情報記録媒体１０１又は第２の光情報記録媒体１０４との間には、コリメートレンズ１１１と対物レンズ１１２とが設けられている。すなわち、半導体レーザ１０３又は１０６を発した光ビーム１０２又は１０５は、回折格子１０７によって少なくとも０次光、＋１次回折光及び−１次回折光の３本の光ビーム（図示省略）に回折分岐された後、ハーフミラー１０８により反射され、その後、コリメートレンズ１１１を通過して対物レンズ１１２に達する。回折格子１０７によって回折分岐された０次光、＋１次回折光及び−１次回折光は、対物レンズ１１２によって各々独立に光情報記録媒体１０１又は１０４の記録面上に集光されて３個の集光スポットを形成する。

また、本実施形態において、第１の半導体レーザ１０３及び第２の半導体レーザ１０６は図１の紙面に対して垂直な方向において隣接して配置されている。すなわち、第１の半導体レーザ１０３の光ビーム出射点と第２の半導体レーザ１０６の光ビーム出射点とを結ぶ線の方向は、光情報記録媒体１０１又は１０４の半径方向と実質的に一致している。また、第１の光情報記録媒体１０１及び第２の光情報記録媒体１０４は、図１に示す本実施形態の光ピックアップ装置において択一的に配置される。

図２は、図１に示す本実施形態の光ピックアップ装置における光検出器１０９を搭載した集積回路基板１１０の回路構成の模式図である。図２に示すように、第１の波長の光ビーム１０２が回折格子１０７によって分岐されてなるメインビーム１０２Ｍ並びに２つのサブビーム１０２Ｓ１及び１０２Ｓ２はそれぞれ、２分割以上に分割されている受光素子１１３、１１４及び１１５によって受光される。また、第２の波長の光ビーム１０５が回折格子１０７によって分岐されてなるメインビーム１０５Ｍ並びに２つのサブビーム１０５Ｓ１及び１０５Ｓ２はそれぞれ、２分割以上に分割されている受光素子１１６、１１７及び１１８によって受光される。さらに、受光素子１１３〜１１８のそれぞれにより検出された信号を入力として、減算器１１９、１２０及び１２１によってプッシュプル信号ＭＰＰ、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２が出力される。尚、受光素子１１３及び１１６からの出力はそれぞれ減算器１１９に入力され、受光素子１１４及び１１７からの出力はそれぞれ減算器１２０に入力され、受光素子１１５及び１１８からの出力はそれぞれ減算器１２１に入力される。

尚、図２は、各受光素子が２分割されている場合の回路構成を示しており、各受光素子が３分割以上に分割される場合にはそれに応じて当然回路構成は変わる。また、図２において、各受光素子における各ビーム形状を簡単のため、円形で表しているが、当然ビーム形状はこれに限定されるものではない。図２に示す演算回路（加算器１２２、増幅器１２３及び減算器１２４）については後述する。

本実施形態は、第１の波長の光ビーム１０２又は第２の波長の光ビーム１０５を回折するための回折格子１０７、特に、その周期構造に特徴を有するものである。図３は、図１に示す本実施形態の光ピックアップ装置に用いられている回折格子１０７の周期構造つまり格子パターンを示した平面図である。

図３に示すように、回折格子１０７の格子面は、光情報記録媒体１０１及び１０４の半径方向（以下、Ｘ方向と称する）と実質的に平行な方向に延びる分割線Ｄ１及びＤ２と、光情報記録媒体１０１及び１０４の案内溝方向（以下、Ｙ方向と称する）と実質的に平行な方向に延びる分割線Ｄ３及びＤ４とによって５つの領域１２５〜１２９に区画されている。すなわち、領域１２５と領域１２６とは分割線Ｄ１を挟んで隣接し、領域１２８と領域１２９とは分割線Ｄ２を挟んで隣接し、領域１２５及び１２６のそれぞれと領域１２７とは分割線Ｄ３を挟んで隣接し、領域１２８及び１２９のそれぞれと領域１２７とは分割線Ｄ４を挟んで隣接する。尚、分割線Ｄ１及び分割線Ｄ２はそれぞれ、実質的に同一の直線上に位置する。また、領域１２５と領域１２８とは領域１２７を挟んで対向するように配置されており、領域１２６と領域１２９とは領域１２７を挟んで対向するように配置されている。

また、図３に示すように、各領域１２５〜１２９にはそれぞれ、Ｘ方向（つまり分割線Ｄ１及びＤ２のそれぞれの延びる方向）に沿って格子溝１２５ａ〜１２９ａが周期的に設けられている。尚、本実施形態においては、格子溝１２５ａ〜１２９ａのそれぞれの幅、及び各格子溝間の間隔（各領域１２５〜１２９の非溝部（凸部）の幅）は同じに設定されている。また、領域１２７の周期構造の位相に対して、領域１２５及び１２９のそれぞれの周期構造の位相は実質的に９０度進んでいる（＋９０度ずれている）。すなわち、領域１２５及び１２９における格子溝１２５ａ及び１２９ａのそれぞれの配置周期は、領域１２７における格子溝１２７ａの配置周期を基準として４分の１周期だけ＋Ｙ方向にずれている。また、領域１２７の周期構造の位相に対して、領域１２６及び１２８のそれぞれの周期構造の位相は実質的に９０度遅れている（−９０度ずれている）。すなわち、領域１２６及び１２８における格子溝１２６ａ及び１２８ａのそれぞれの配置周期は、領域１２７における格子溝１２７ａの配置周期を基準として４分の１周期だけ−Ｙ方向にずれている。従って、領域１２５及び１２９のそれぞれの周期構造の位相と、領域１２６及び１２８のそれぞれの周期構造の位相とは実質的に１８０度異なっている。

尚、図３において、Ｌ１は第１の半導体レーザ１０３から出射された光ビーム１０２の中心（以下、発光点中心と称することもある）を模式的に示しており、Ｌ２は第２の半導体レーザ１０６から出射された光ビーム１０５の中心（つまり発光点中心）を模式的に示している。本実施形態では、発光点中心Ｌ１及びＬ２が、装置の組立精度の範囲内で図３の回折格子１０７に示す位置に配置されるものとする。すなわち、第１の半導体レーザ１０３の発光点中心Ｌ１は回折格子１０７の領域１２７内（具体的には分割線Ｄ１及び分割線Ｄ２が位置する直線上）に位置し、第２の半導体レーザ１０６の発光点中心Ｌ２は分割線Ｄ２と分割線Ｄ４との交差点近傍に位置する。すなわち、発光点中心Ｌ１及びＬ２はいずれも、分割線Ｄ１及び分割線Ｄ２が位置する直線上に配置されている。尚、第２の半導体レーザ１０６の発光点中心Ｌ２が分割線Ｄ１と分割線Ｄ３との交差点近傍に位置してもよい。

以上に説明した、図３に示す回折格子１０７における５つの領域１２５〜１２９に形成された周期構造によって所定の位相差を生じた第１の波長の光ビーム１０２及び第２の波長の光ビーム１０５のそれぞれのサブビームは、対応する光情報記録媒体１０１又は１０４へと導かれる。

図４（ａ）は、図３に示す構成を持つ回折格子１０７によって生成された第１の波長の光ビーム１０２のメインビーム１０２Ｍ並びに２つのサブビーム１０２Ｓ１及び１０２Ｓ２の光情報記録媒体１０１の記録面上での集光スポット形状を示している。また、図４（ｂ）は、図３に示す構成を持つ回折格子１０７によって生成された第２の波長の光ビーム１０５のメインビーム１０５Ｍ並びに２つのサブビーム１０５Ｓ１及び１０５Ｓ２の光情報記録媒体１０４の記録面上での集光スポット形状を示している。尚、図４（ａ）及び（ｂ）は光情報記録媒体１０１及び１０４のそれぞれの一部分を示している。また、図４（ａ）及び（ｂ）において、Ｘ方向及びＹ方向の定義は図３の場合と同じである。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、光情報記録媒体１０１の記録面上には複数の案内溝１０１ａが周期的に配置されていると共に、光情報記録媒体１０４の記録面上には複数の案内溝１０４ａが周期的に配置されている。また、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の波長の光ビーム１０２のメインビーム１０２Ｍ並びに２つのサブビーム１０２Ｓ１及び１０２Ｓ２の集光スポット（対物レンズ１１２によって形成される）は同一の案内溝１０１ａに配置されると共に、第２の波長の光ビーム１０５のメインビーム１０５Ｍ並びに２つのサブビーム１０５Ｓ１及び１０５Ｓ２の集光スポット（対物レンズ１１２によって形成される）は同一の案内溝１０４ａに配置される。

図４（ａ）に示すように各集光スポットが光情報記録媒体１０１の記録面上に照射された場合において、当該各集光スポットのそれぞれの光情報記録媒体１０１からの反射光が、図２に示す光検出器（受光素子１１３〜１１５）によって受光されると、メインビーム１０２Ｍに対応するプッシュプル信号ＭＰＰ、並びにサブビーム１０２Ｓ１及び１０２Ｓ２のそれぞれに対応するプッシュプル信号ＳＰＰ１及びＳＰＰ２が出力される。図５は、上記プッシュプル信号ＭＰＰ、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２のそれぞれの出力波形を示している。図５に示すように、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２のそれぞれの位相はＭＰＰの位相に対して正確に１８０度ずれている。

また、図４（ｂ）に示すように各集光スポットが光情報記録媒体１０４の記録面上に照射された場合において、当該各集光スポットのそれぞれの光情報記録媒体１０４からの反射光が、図２に示す光検出器（受光素子１１６〜１１８）によって受光されると、メインビーム１０５Ｍに対応するプッシュプル信号ＭＰＰ、並びにサブビーム１０５Ｓ１及び１０５Ｓ２のそれぞれに対応するプッシュプル信号ＳＰＰ１及びＳＰＰ２が出力される。図６は、上記プッシュプル信号ＭＰＰ、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２のそれぞれの出力波形を示している。図６に示すように、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２のそれぞれの位相はＭＰＰの位相に対して正確に１８０度ずれている。

ところで、対物レンズ１１２のラジアルシフト（光情報記録媒体の半径方向のシフト）又は光情報記録媒体１０１若しくは１０４の傾きに起因するプッシュプル信号ＭＰＰ、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２のオフセット成分に関しては、対物レンズ１１２のラジアルシフト又は光情報記録媒体１０１若しくは１０４の傾きのそれぞれについて同じ側（同相）にオフセットが発生する。従って、図２に示す演算回路（加算器１２２、増幅器１２３及び減算器１２４）によって、
ＤＰＰ ＝ ＭＰＰ − ｋ×（ＳＰＰ１ ＋ ＳＰＰ２） ・・・ （式１）
の演算処理を行うことにより、上記オフセットをキャンセルしたＤＰＰ信号を検出することができる。メインビーム１０２Ｍに対応するプッシュプル信号ＭＰＰ、並びにサブビーム１０２Ｓ１及び１０２Ｓ２のそれぞれに対応するプッシュプル信号ＳＰＰ１及びＳＰＰ２に基づいて、（式１）により得られたＤＰＰ信号を図５に示す。また、メインビーム１０５Ｍに対応するプッシュプル信号ＭＰＰ、並びにサブビーム１０５Ｓ１及び１０５Ｓ２のそれぞれに対応するプッシュプル信号ＳＰＰ１及びＳＰＰ２に基づいて、（式１）により得られたＤＰＰ信号を図６に示す。図５及び図６に示すように、いずれの場合もＤＰＰが適正値となっているので、各集光スポットを同一の案内溝上に形成できる。

尚、図２に示す演算回路、つまり光検出器１０９（図１参照）からの出力信号に基づいて、差動プッシュプル法によりトラッキング誤差信号を検出する演算回路において、加算器１２２の入力側は減算器１２０及び１２１のそれぞれの出力側に接続されており、増幅器１２３の入力側は加算器１２２の出力側に接続されており、減算器１２４の入力側は減算器１１９及び増幅器１２３のそれぞれの出力側に接続されている。これにより、減算器１２４から上記ＤＰＰ信号が出力される。また、上記（式１）の係数ｋは、光情報記録媒体１０１（又は１０４）から反射されるメインビーム１０２Ｍ（又は１０５Ｍ）並びにサブビーム１０２Ｓ１（又は１０５Ｓ１）及び１０２Ｓ２（又は１０５Ｓ２）の光強度の違いを補正するためのもので、各光強度の比がメインビーム１０２Ｍ（又は１０５Ｍ）：サブビーム１０２Ｓ１（又は１０５Ｓ１）：サブビーム１０２Ｓ２（又は１０５Ｓ２）＝ａ：ｂ：ｂであれば、係数ｋ＝ａ／（２ｂ）である。すなわち、係数ｋは、光情報記録媒体１０１又は１０４のそれぞれに応じて決められる定数である。

以上に説明したように、本実施形態によれば、インライン型ＤＰＰ方式を改良することによって、２個の異なる半導体レーザ１０３及び１０６が隣接して配置されている光ピックアップ装置においても、第１の波長の光ビーム１０２及び第２の波長の光ビーム１０５を用いて、案内溝のピッチが異なる光情報記録媒体１０１及び１０４に対して安定したトラッキング誤差検出を行うことができる。具体的には、図３に示す本発明の回折格子１０７を用いることにより、例えば第２の半導体レーザ１０６の発光点中心Ｌ２が領域（中央部領域）１２７内ではなく例えば領域１２７と領域１２８及び１２９のそれぞれとの境界付近（分割線Ｄ２と分割線Ｄ４との交差点近傍）を通過したとしても、領域１２８の周期構造の位相と領域１２９の周期構造の位相とが１８０度異なっているため、図５及び図６に示すように、ＳＰＰ１及びＳＰＰ２のそれぞれの位相のＭＰＰの位相に対するずれを１８０度に保つことができる。従って、ＤＰＰが適正値となり、各集光スポットを同一の案内溝上に形成できる。

このように、本実施形態は、従来にない回折格子１０７の利用によって、上記格別の効果を奏するものであるので、信号処理回路の構成等については、従来構成のものを利用してもよい。

尚、本実施形態において、第１の光情報記録媒体１０１としては、例えばＤＶＤ（ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ等）を用い、第２の光情報記録媒体１０４としては、例えばＣＤ（ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等）を用いてもよい。この場合、第１の光情報記録媒体１０１の記録・再生に対応した光ビーム１０２の第１の波長は約６５０ｎｍであり、第２の光情報記録媒体１０４の記録・再生に対応した光ビーム１０５の第２の波長は約７８０ｎｍである。また、ＤＶＤについては、ＤＶＤ−Ｒなどの案内溝ピッチが０．７４μｍのもの、及びＤＶＤ−ＲＡＭなどの案内溝ピッチが１．２３μｍのもののいずれの場合であっても、上記本実施形態の光ピックアップ装置を用いて安定したトラッキング誤差信号検出を行うことが可能である。

また、本実施形態において、第１の半導体レーザ１０３と第２の半導体レーザ１０６とを個別に形成した場合について説明したが、これに代えて、第１の半導体レーザ１０３と第２の半導体レーザ１０６とが２波長モノリッシック半導体レーザとして一体的に構成されていても、本実施形態と同様の効果が得られる。また、光源となるレーザの数を３個以上に設定してもよいことは言うまでもない。

また、本実施形態において、本発明の回折格子１０７を図１に示す光学系における半導体レーザ１０３及び１０６とハーフミラー１０８との間に配置した場合について説明したが、これに代えて、回折格子１０７を例えばハーフミラー１０８とコリメートレンズ１１１との間に配置してもよい。また、図１に示す光学系に代えて、光源と光検出器とが一体化した光学系（例えばハーフミラーを用いない光学系）において、光源とコリメートレンズとの間に本発明の回折格子１０７を配置してもよい。すなわち、本発明の回折格子１０７の適用対象となる光学系は特に限定されるものではない。

また、本実施形態において、回折格子１０７における各領域１２５〜１２９に格子溝１２５ａ〜１２９ａをいずれもＸ方向に沿って形成したが、これに代えて、領域１２７を除く領域においては格子溝をＸ方向に対して斜め方向に設けてもよい。

また、本実施形態において、回折格子１０７に領域１２５〜１２９の５領域を設けたが、これに加えて、所定の周期構造を持つ１つ又は複数の他の領域を回折格子１０７にさらに設けてもよい。

以上のように、本実施形態に係る光ピックアップ装置は、２つの異なる半導体レーザを用いて異なる各種光情報記録媒体へ対応することを可能にするものであって、より安定した記録・再生を実現するトラッキング誤差信号検出が達成される。すなわち、本実施形態に係る光ピックアップ装置は、ＤＶＤ系及びＣＤ系の記録・再生装置において小型化・簡素化・低コスト化・高効率化等を実現することができる。また、光ディスクなどの光情報記録媒体に情報の記録・再生・消去などの処理を行う光学式情報処理装置において、その基幹部品である光学式ヘッド装置に使用される再生／記録信号及び各種サーボ信号等の検出機能を有する光ピックアップ装置として、本実施形態に係る光ピックアップ装置は非常に有用である。

本発明は、２個以上の異なる光源が隣接して配置されている光ピックアップ装置において、案内溝ピッチの異なる光情報記録媒体に対してトラッキング誤差信号をより安定して検出することを可能にするという優れた効果を奏するものであり、非常に有用である。

図１は、本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の光学系主要部の構成を示す概略断面図である。 図２は、図１に示す光ピックアップ装置における光検出器の詳細を示す図である。 図３は、図１に示す光ピックアップ装置における回折格子の周期構造を示す概略図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は、図３に示す構成を持つ回折格子によって生成されたメインビーム及び２つのサブビームの光情報記録媒体の記録面上での集光スポット形状を示す図である。 図５は、図１に示す光ピックアップ装置における光検出器により得られた信号波形を示す図である。 図６は、図１に示す光ピックアップ装置における光検出器により得られた信号波形を示す図である。 図７は従来の光ピックアップ装置を示す模式図である。 図８は、従来の光ピックアップ装置によって光情報記録媒体の記録面上に生成された集光スポット、及び従来の光ピックアップ装置における光検出器の詳細を示す図である。 図９は、図７に示す従来の光ピックアップ装置における回折格子の周期構造を示す概略図である。 図１０は、図７に示す従来の光ピックアップ装置における光検出器により得られた信号波形を示す図である。 図１１は、図７に示す従来の光ピックアップ装置における光検出器により得られた信号波形を示す図である。

符号の説明

１０１ 第１の光情報記録媒体
１０１ａ 第１の光情報記録媒体の案内溝
１０２ 第１の波長の光ビーム
１０２Ｍ 第１の波長の光ビームのメインビーム
１０２Ｓ１、１０２Ｓ２ 第１の波長の光ビームのサブビーム
１０３ 第１の半導体レーザ
１０４ 第２の光情報記録媒体
１０４ａ 第２の光情報記録媒体の案内溝
１０５ 第２の波長の光ビーム
１０５Ｍ 第２の波長の光ビームのメインビーム
１０５Ｓ１、１０５Ｓ２ 第２の波長の光ビームのサブビーム
１０６ 第２の半導体レーザ
１０７ 回折格子
１０８ ハーフミラー
１０９ 光検出器
１１０ 集積回路基板
１１１ コリメートレンズ
１１２ 対物レンズ
１１３〜１１８ 受光素子
１１９〜１２１ 減算器
１２２ 加算器
１２３ 増幅器
１２４ 減算器
１２５〜１２９ 回折格子の領域
１２５ａ〜１２９ａ 回折格子の格子溝
ＭＰＰ メインのプッシュプル信号
ＳＰＰ１、ＳＰＰ２ サブのプッシュプル信号
ＤＰＰ トラッキング誤差信号

Claims (11)

1. 第１の波長の光ビームを出射する第１の半導体レーザと、
   前記第１の半導体レーザと並設されており且つ前記第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２の半導体レーザと、
   前記第１の波長の光ビーム及び前記第２の波長の光ビームをそれぞれ少なくとも３本の光ビームに分岐させる周期構造を片面に有する回折格子と、
   前記回折格子により分岐された少なくとも３本の光ビームをそれぞれ集光して光情報記録媒体の記録面上に独立した少なくとも３個の集光スポットを照射する対物レンズと、
   前記少なくとも３個の集光スポットのそれぞれの前記光情報記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを備え、
   前記回折格子の前記片面における周期構造は、それぞれ所定の周期構造を持つ少なくとも５つの領域に区画されており、
   前記少なくとも５つの領域は、第１方向において隣接する第１領域及び第２領域と、第２方向において前記第１領域及び前記第２領域のそれぞれと隣接する第３領域と、前記第１領域に対して前記第３領域を挟むように配置された第４領域と、前記第２領域に対して前記第３領域を挟むように配置され且つ前記第１方向において前記第４領域と隣接する第５領域とを含み、
   前記第１領域及び前記第５領域のそれぞれの周期構造の位相は、前記第３領域の周期構造の位相に対して実質的に９０度進んでおり、
   前記第２領域及び前記第４領域のそれぞれの周期構造の位相は、前記第３領域の周期構造の位相に対して実質的に９０度遅れてい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、
   前記回折格子により分岐された少なくとも３本の光ビームは、０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光を含むことを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、
   前記光情報記録媒体の記録面上には複数の案内溝が周期的に配置されており、
   前記対物レンズは、前記少なくとも３個の集光スポットを前記複数の案内溝のうちの同一の案内溝に照射することを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記回折格子における前記第１領域、前記第２領域、前記第３領域、前記第４領域及び前記第５領域はそれぞれ、凹部の幅及び凸部の幅が同じである凹凸の繰り返し構造を持つことを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記回折格子における前記第１領域と前記第２領域との第１分割線の方向、及び前記回折格子における前記第４領域と前記第５領域との第２分割線の方向はそれぞれ、前記光情報記録媒体の半径方向に平行な方向と実質的に一致しており、
   前記回折格子における前記第３領域と前記第１領域及び前記第２領域のそれぞれとの第３分割線の方向、並びに前記回折格子における前記第３領域と前記第４領域及び前記第５領域のそれぞれとの第４分割線の方向はそれぞれ、前記光情報記録媒体の案内溝に平行な方向と実質的に一致しており、
   前記第１分割線及び前記第２分割線はそれぞれ、実質的に同一の直線上に位置することを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記第１の半導体レーザの光ビーム出射点と前記第２の半導体レーザの光ビーム出射点とを結ぶ線の方向は、前記光情報記録媒体の半径方向と実質的に一致していることを特徴とする光ピックアップ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記回折格子における前記第１領域と前記第２領域との第１分割線、及び前記回折格子における前記第４領域と前記第５領域との第２分割線はそれぞれ、実質的に同一の直線上に位置しており、
   前記回折格子は、前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザのそれぞれから出射される光ビームの中心が前記同一の直線を通過するよう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。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記第２の波長は前記第１の波長よりも長く、
   前記第１の半導体レーザから出射される光ビームの中心は、前記回折格子における前記第３の領域を通過し、
   前記第２の半導体レーザから出射される光ビームの中心は、前記回折格子における前記第４領域と前記第５領域との第２分割線と前記回折格子における前記第３領域と前記第４領域及び前記第５領域のそれぞれとの第４分割線との交差点を通過することを特徴とする光ピックアップ装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記光検出器からの出力信号に基づいて、差動プッシュプル法によりトラッキング誤差信号を検出する演算回路をさらに備えていることを特徴とする光ピックアップ装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、
    前記第１の半導体レーザ及び前記第２の半導体レーザは、２波長モノリッシック半導体レーザとして構成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置において、
    前記光検出器は、前記少なくとも３個の集光スポットのそれぞれの前記光情報記録媒体からの反射光と対応する少なくとも３個の受光素子を有し、
    前記少なくとも３個の受光素子のそれぞれは少なくとも２分割以上に分割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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