JP6064265B2 - 光ピックアップおよび光記録再生装置 - Google Patents

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Description

本開示は、光テープ等の光記録媒体に情報の記録を行いながら、同時に、記録された情報の再生を行う光ピックアップおよび光記録再生装置に関する。
近年、映像・写真等のデジタルデータの高品位化、および紙媒体の電子化などが進められ、そのデータ量は急激に増大している。特に、クラウドコンピューティングと呼ばれる、ネットワーク上のサーバやストレージ等を使って各種アプリケーションを使用したり、各種サービスを利用したりするモデルでは、多くの利用者が様々なデータをネットワーク上のストレージに保存する。このため、データ蓄積量は膨大なものとなる。
保存用ストレージ用途として、従来、磁気テープ装置が多く用いられてきた。これに代わるものとして、光による高密度記録技術を活かし、光テープ媒体に複数の光ピックアップで同時に記録および再生をする光テープ装置が提案されている。例えば特許文献１は、そのような光テープ装置の例を開示している。
従来の磁気テープ装置では、データを記録するトラックには記録ヘッドと再生ヘッドとが個別に配置される。記録ヘッドによってデータを記録しながら、記録されたデータを再生ヘッドによって再生することにより、データが正しく記録されたかを検証（ベリファイ）することができる。これにより、磁気テープ装置は、データ記録の信頼性を確保している。
光を用いた光ディスクへの記録再生を行う光記録再生装置においても、ベリファイを行う技術が知られている。このような技術は、ＤＲＡＷ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｒｅａｄ Ａｆｔｅｒ Ｗｒｉｔｅ）と呼ばれる。ＤＲＡＷ技術を利用した光記録再生装置は、回折格子を用いてレーザ光源から出射した光ビームを０次光ビームおよび±１次光ビームに分割し、分割したこれらの光ビームを光ディスクの記録層上に照射する。０次光の照射によりデータの記録を行い、光ディスクから反射された±１次光を検出することにより、ベリファイを行うことができる。
ＤＲＡＷ技術によれば、０次光ビームによってトラック上に記録マークを形成した直後にその記録マークのエラーチェックを行うため、記録が全て完了した後にエラーチェックを行う場合と比較して処理速度を高めることができる。結果として、光記録再生装置におけるデータ転送レートの高速化を図ることができる。ＤＲＡＷ技術を用いた記録再生装置については、例えば特許文献２に開示されている。
一方、光記録再生装置では、記録層内の記録トラック上に記録ビームスポットおよび再生ビームスポットを形成する必要がある。これらのビームスポットを適切な位置に高い精度で維持するためには、トラッキング制御およびフォーカス制御を行う必要がある。フォーカスずれおよびトラックずれの大きさは、それぞれ、光記録媒体からの反射光に基づいて生成される「フォーカス誤差信号」および「トラッキング誤差信号」によって示される。
従来の光ディスク装置におけるフォーカス制御方式として、例えば非点収差法が古くから知られており、現在でも多くの光ディスク装置に使用されている。また、その他の方式として、スポットサイズ検出法（Ｓｐｏｔ Ｓｉｚｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ法：ＳＳＤ法）などが知られている。ＳＳＤ法によるフォーカス制御は、例えば特許文献３に開示されている。
一方、従来の光ディスク装置におけるトラッキング制御方式としては、例えばプッシュプル法（ＰＰ法）、アドバンストプッシュプル法（ＡＰＰ法）、およびコレクトファーフィールド法（ＣＦＦ法）が知られている。ＰＰ法、ＡＰＰ法、ＣＦＦ法によるトラッキング制御は、それぞれ特許文献４〜６に開示されている。
特開２００６−２８６０７０号公報 特開昭６３−２４９９４１号公報 特開平２−２１４３１号公報 特開平６−１６２５３２号公報 特開平８−３０６０５７号公報 特開２０００−３０６２６２号公報 特許第３３７７３３４号公報
従来の光記録再生装置では、記録媒体として主に光ディスクを想定していたために、例えば光テープのように、記録・再生時にトラックの位置が大きく変動し得る光記録媒体に対しては、トラッキング制御およびフォーカス制御を安定して行うことができなかった。
本開示の１つの実施形態は、ＤＲＡＷ機能を実現し、かつ動作中のトラックの位置変動（対物レンズのシフト量）が比較的大きい光記録媒体に対してもトラッキングおよびフォーカス性能を安定化できる光ピックアップおよび光記録再生装置を提供する。
さらに、本開示の他の実施形態は、トラッキングおよびフォーカス性能を安定化した上で、Ｓ／Ｎ比の高いＲＦ信号が得られる簡素でコンパクトな光ピックアップおよび光記録再生装置を提供する。
本開示のある実施形態における光ピックアップは、光記録媒体のトラック上にデータを記録しながら、前記トラック上に記録されたデータを読み出す光ピックアップであって、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された前記光ビームを、記録用のメインビームおよび再生用のサブビームを含む複数の光ビームに分離する回折素子と、前記メインビームおよび前記サブビームを前記光記録媒体の同一トラック上に集束させるように構成された対物レンズと、前記回折素子から前記光記録媒体までの光路上に配置された波長板であって、前記回折素子から前記波長板に入射する光の偏光方向と前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光の偏光方向とが直交するように設計された波長板と、回折特性の異なる複数の回折領域を有し、各回折領域が、前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光ビームを、０次光ビームおよび±１次光ビームに分離するように設計された偏光ホログラム素子と、フォーカス制御およびトラッキング制御のために前記対物レンズおよび前記偏光ホログラム素子を一体的に駆動するアクチュエータと、前記光記録媒体で反射されて前記偏光ホログラム素子によって回折された光ビームを検出するように構成された光検出器であって、前記メインビームに基づく０次光ビームの検出結果からＲＦ信号を生成し、前記メインビームに基づく±１次光ビームの一方の検出結果からフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号を生成し、前記サブビームに基づく０次光ビームの検出結果からデータが正常に記録されたことを示す信号を生成する光検出器とを備える。
本開示の１つの実施形態によれば、簡素な検出器構成で、高品質のフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号、およびＲＦ信号を得ることができる。特に、光テープ装置のように対物レンズのシフト量が比較的大きい光記録再生装置であっても、安定したトラッキング制御およびフォーカス制御を行うことができる。
さらに、本開示の他の実施形態によれば、ＤＲＡＷのために用いられるサブビームのオフトラック検出や位相差ＴＥ検出のための信号も同時に生成できる。このため、安定した動作を行う光記録再生装置を簡素な構成で実現することができる。
実施の形態１における光ピックアップの構成図 実施の形態１における光記録媒体の記録層上に形成される光スポットの例を示す図 実施の形態１の光ピックアップにおける光学系の往路での回折素子および偏光ホログラムの動作を示す平面図 実施の形態１の光ピックアップにおける光学系の復路での回折素子および偏光ホログラムの動作を示す平面図 実施の形態１における偏光ホログラム素子７による光の回折と検出器１０の受光面上の光スポットを模式的に示す図 実施の形態１における検出器１０の受光面の概略構成を示す平面図 実施の形態１における偏光ホログラム素子７の回折領域の分割を示す図 実施の形態１における検出器パターンの例を示す図 実施の形態１における偏光ホログラム素子７による回折光線を模式的に示す図 実施の形態１において、レンズシフトがない場合におけるＦＥ信号波形を示す図 実施の形態１において、レンズシフトがある場合におけるＦＥ信号波形を示す図 実施の形態１において、レンズシフト量に対するＴＥオフセットの変化を示す図 実施の形態１の光ピックアップにおいて、レンズシフト量に対するＴＥ振幅の変化を示す図 実施の形態１においてフォーカスが合っている場合の検出器上の光スポットの状態を示す図 実施の形態１においてデフォーカス状態での検出器上の光スポットの状態を示す図 実施形態２における偏光ホログラム素子２７による光の回折と検出器１０の受光面のスポットを示す図 実施形態２における偏光ホログラム素子２７の断面図 実施形態２における検出器パターンの例を示す図 実施の形態３における光記録再生装置の概略構成を示す図 他の実施形態における光ピックアップの概略構成を示す図 さらに他の実施形態における光ピックアップの概略構成を示す図 比較例における光ピックアップの非点収差法のＦＥ検出特性を示す図（デフォーカスが無い場合） 比較例における光ピックアップの光検出器上の光スポットを示す図（デフォーカスが無い場合） 比較例における光ピックアップの非点収差法のＦＥ検出特性を示す図（デフォーカスがある場合） 比較例における光ピックアップの光検出器上の光スポットを示す図（デフォーカスがある場合） 比較例における光ピックアップのＡＰＰ方式によるＴＥオフセットのレンズシフト依存性を示す図 比較例における光ピックアップのＡＰＰ方式によるＴＥ振幅のレンズシフト依存性を示す図 ０次光と±１次光を用いた光ピックアップの検出系を示す断面図 ０次光と±１次光を用いた光ピックアップの検出系を示す平面図
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成についての重複説明を省略する場合がある。これは、説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
具体的な実施の形態を説明する前に、まず、本開示の基礎となった知見を説明する。
従来の光ディスク装置は、移送機構（アクチュエータ）上に搭載された１つの光ピックアップを、光ディスクの内周から外周までの全域に亘って動径方向に動かすことにより、ディスク全面への記録および再生を行っている。
これに対し、光記録媒体として光テープを用いる場合、特許文献１に開示されているように、複数の光ピックアップが可動性のないベース上に、少しずつずれて固定配列される。各々の光ピックアップは、光テープの複数の記録ゾーンのうち、割り当てられた１つの記録ゾーンへの記録および再生を行う。各々のピックアップは、アクチュエータによって対物レンズをシフトさせることにより、対物レンズの可動範囲に対応する記録ゾーン内の複数のトラックへの記録および再生を行うことができる。記録ゾーン内の全トラックへのアクセスのためには、各ピックアップは、±０．２ｍｍ程度の可動範囲で対物レンズをシフトさせる必要がある。
また、光テープ走行時には、テープガイドによって定まるテープのエッジの位置を基準に各トラックの位置が決まるため、光ピックアップの位置に対するトラック溝の位置変動（光テープの「ランアウト」と呼ぶ。）が発生する。この位置変動は、環境にもよるが、概ね±０．１〜０．３ｍｍ程度である。
したがって、光テープの製造時の誤差を無視しても、トラックへの追従のためには、合計で±０．３〜０．５ｍｍ程度の対物レンズのシフトが要求される。
従来のＢＤ等の光ディスク装置では、記録用ディスクについては±０．０５ｍｍ程度、再生用ディスクについては±０．１ｍｍ程度の対物レンズの追随が必要とされ、設計としては±０．２ｍｍ程度の可動範囲を確保すれば十分であると考えられてきた。しかし、光テープ装置では、光ディスク装置における可動範囲の１．５倍から２倍以上の極めて広い範囲に亘って対物レンズを移動させる必要がある。
しかし、以下に示すように、そのような広い範囲に亘って対物レンズを移動させると、従来の制御方式では安定したトラッキング制御およびフォーカス制御ができない。そこで、本発明者らは、ＤＲＡＷの機能を実現し、かつ動作中のトラックの位置変動（対物レンズのシフト量）が大きい光テープのような光記録媒体に対しても安定したトラッキング制御およびフォーカス制御を実現するための構成および制御方式を検討した。
以下、従来の制御方式における課題をより詳細に説明する。なお、以下の説明において、フォーカス誤差信号を、「ＦＥ信号」または「フォーカス信号」と称し、トラッキング誤差信号を、「ＴＥ信号」または「トラッキング信号」と称する場合がある。
（非点収差法を用いたフォーカス制御の問題）
光ピックアップのアクチュエータによる対物レンズのシフト量が大きい光ピックアップに、フォーカス誤差信号検出方式として従来から広く用いられている非点収差方式を採用した場合、以下のような問題が生じる。
図１０Ａは、非点収差法を採用した光ピックアップにおいて、検出器の位置と、検出器上に形成される光スポットの位置との間にずれがなく（ＰＤｘ＝０）、かつ対物レンズのシフト（以下、「レンズシフト」と称することがある）もない（ＬＳ＝０）状態におけるＦＥ信号の計算結果を示す図である。図１０Ｂは、このときの検出器上の光スポットの様子を模式的に示している。図１０Ａにおける横軸は、フォーカスが合った状態における対物レンズの位置を原点として、光記録媒体に遠ざかる方向を正方向、近づく方向を負方向としたときの対物レンズの位置を表しており、その絶対値はデフォーカスの程度を表している。図１０Ｂに示されるように、フォーカスが合った状態（Ｊｕｓｔ Ｆｏｃｕｓ）では、検出器の中央付近に円形に近い形状の光スポットが形成され、フォーカスが合っていない状態（Ｄｅｆｏｃｕｓ）では、斜めに長い楕円形状の光スポットが形成される。この場合、図１０Ａのグラフに示すように、「Ｓ字カーブ」と一般に呼ばれる良好なＦＥ信号の波形が得られる。
一方、図１０Ｃは、例えば調整ずれや経時変化などの影響により、検出器上の光スポットの位置が図中のＸ方向に５μｍずれ（ＰＤｘ＝５μｍ）、かつレンズシフトが０．５ｍｍ（ＬＳ＝０．５ｍｍ）である状態におけるＦＥ信号の計算結果を示す図である。図１０Ｄは、このときの検出器上の光スポットの様子を模式的に示す図である。この場合、図１０Ｃのグラフに示すように、ＦＥ信号の波形が大きく歪み、フォーカスバランス（＋側のＦＥ信号と−側のＦＥ信号とのバランス）の悪化や、フォーカスオフセット（デフォーカスが０のときのＦＥ信号のＤＣ成分のオフセット）が振幅の２０％を越える大きな値となるなどの影響により、フォーカス制御ができなくなる。このため、フォーカス誤差信号の検出方式として、非点収差法の採用は困難である。
（ＤＰＰ法を用いたトラッキング制御の問題）
次にトラッキング誤差信号（ＴＥ信号）について考える。
ＤＲＡＷ機能を有する光ピックアップは、上述したように、光源から出射される光ビームをメインビーム（記録用ビーム）およびサブビーム（再生用ビーム）に分岐して、これらによる複数の光スポットを同一トラック上に形成する。
ところが、一般に用いられる３ビーム法（ＤＰＰ法；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ法）によるＴＥ信号検出方式では、サブビームによって形成された光スポットと、メインビームによって形成された光スポットとが、トラックに垂直な方向（以下、「トラッキング方向」と呼ぶことがある。）にトラックの半ピッチだけずれている必要がある。このため、ＤＲＡＷ機能を有する光ピックアップでは、サブビームスポットを利用する３ビーム法によってトラッキング信号を検出することができない。よって、１ビーム方式のトラッキング検出方法を採用することになる。ここで、１ビーム方式とは、メインビームのみを用いてトラッキング誤差信号を得る方式である。
（ＰＰ法、ＡＰＰ法を用いたトラッキング制御の問題）
１ビーム法によるトラッキング検出方法として、上述したように、例えばプッシュプル法（ＰＰ法）やアドバンストプッシュプル法（ＡＰＰ法）が光ディスク装置などでよく用いられている。しかし、これらの従来のトラッキング検出方法を光テープ装置にそのまま適用した場合、以下の問題が生じる。
まず、ＰＰ法では、元々レンズシフトによるＴＥ信号のオフセットが大きく、これをさらにレンズシフト量の大きい光テープ装置に採用した場合、トラッキング制御が極めて不安定でトラック飛びが発生しやすい。
これに対して、レンズシフト時のＴＥ信号のオフセットを改善した方式としてＡＰＰ法があるが、ＡＰＰ法もレンズシフト量が大きいと、以下のように問題が生じる。
図１１Ａ、１１Ｂは、ＡＰＰ方式でレンズシフト範囲を±０．５ｍｍと想定した場合のＴＥ信号の計算結果を示す図である。図１１Ａは、この場合におけるレンズシフト量に対するＴＥオフセットの変化を示している。ここで、ＴＥオフセットは、ＴＥオフセット（％）＝（ＴＡ−ＴＢ）／２（ＴＡ＋ＴＢ）×１００で定義される。ＴＡおよびＴＢは、それぞれトラッキング誤差信号の正の振幅および負の振幅を表している。図１１Ａのグラフが示すように、レンズシフトの絶対値が０．３ｍｍよりも大きくなると急激にＴＥオフセットが増加する。
図１１Ｂは、この場合におけるレンズシフト量に対するＴＥ信号の振幅の変化を示している。このグラフが示すように、レンズシフトの絶対値が０．３ｍｍよりも大きくなると急激に振幅が低下する。これにより、トラッキング制御のループゲインが大きく変化することになるため、動作が不安定になる。ゆえにＡＰＰ法も０．３ｍｍから０．５ｍｍ程度のレンズシフト量が要求される光テープ装置に適用することはできない。
（ＳＳＤ方式とＣＦＦ方式の組み合わせの問題）
以上のような理由から、検出方式として、ＳＳＤ方式のフォーカスエラー検出とＣＦＦ方式のトラッキングエラー検出との組み合わせを検討する。
ＳＳＤ方式とＣＦＦ方式とを組み合わせた検出方式は、例えば特許文献７に開示されている。この検出方式では、偏光性のホログラムなどを用いて光記録媒体から反射された光を回折させることによって所望の信号を得る。ここで、光量（またはＳ/Ｎ比）の観点から、ＲＦ信号（記録されたデータを再生した信号）は、従来の非点収差方式で行っていたように０次光を使用して生成する構成が有利である。このため、０次光の検出結果に基づいてＲＦ信号を生成し、ホログラム回折光（±１次光）の検出結果に基づいてサーボ信号を生成する構成を検討する。そのような構成では、以下の課題がある。
図１２Ａは、光記録媒体から反射され、偏光性のホログラム１７に入射した光から生じた０次光、＋１次光、−１次光に基づいてＲＦ信号、ＦＥ信号、ＴＥ信号をそれぞれ生成する検出系の構成を示す模式図である。この検出系は、０次光を検出する検出器２０ａと、＋１次光を検出する検出器２０ｂと、−１次光を検出する検出器２０ｃとを有している。
検出器２０ａの受光面をコリメートレンズ１４の集光点付近に設けた場合、検出器２０ａの受光面上でビームスポットが小さく絞れすぎてしまい、受光素子の位置調整が困難になったり、受光素子における光半導体のキャリア移動度が低下するために検出器の応答性が低下するといった問題が生じる。
一方、検出器２０ａの受光面をコリメートレンズ１４の集光点からずらした場合、±１次光の一方（図１２Ａに示す例では＋１次光）が検出器２０ｂ上に適度なスポットサイズを形成するようにホログラムパターンを設計すると、他方（図１２Ａに示す例では−１次光）は、光が発散するため、検出器２０ｃ上でスポットサイズが大きく拡がってしまう。
このため、特許文献７のように、±１次光の一方（図１２Ａの例では＋１次光）を用いてフォーカス信号を検出し、他方（図１２Ａの例では−１次光）を用いてトラッキング信号を検出する構成を採用した場合、トラッキング側の検出器のサイズが大きくなりすぎて応答性が悪くなる。
さらに、ＤＲＡＷ機能を有する光ピックアップには以下の課題もある。
ＤＲＡＷ機能を有する光ピックアップは、光源から出射される光ビームをメインビーム（記録用ビーム）およびサブビーム（再生用ビーム）を含む複数の光ビームに分岐する。このため、偏光ホログラム１７からの回折光（０次光、＋１次光、−１次光）に対応して、メイン（０次）、サブ（＋１次、−１次）の３つの光スポットが検出器上に生じる。
ＤＲＡＷ用のサブビームは、記録中のデータのベリファイを行う際の信号再生用のビームなので、記録媒体の記録層上で適度なスポット品質が得られるようにする必要がある。特に、軸外収差をある程度抑制するために、記録層上でのメインビームおよびサブビームのスポット間隔を小さくする必要がある。ところが、上記のように、偏光ホログラム１７による０次光および±１次光に対応してメインおよびサブの光スポットが検出器上にそれぞれ生じるので、記録層上のメインビームとサブビームのスポット間隔を小さくすると、検出器上のメインスポットとサブスポットも近接してしまう。これらが干渉し合わないように検出器における受光パターンのレイアウトを設計するのは困難である。
以上説明したような様々な課題により、ＤＲＡＷ機能を有する光ピックアップで、かつ大きなレンズシフトに対応できる検出系は従来なかった。本発明者らは、上記の検討結果を基礎として、本開示における光ピックアップを完成させた。
以下、本開示の実施形態に係る光ピックアップについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または対応する構成要素には同一の参照符号を付している。また、図中に示されている座標系は、光ピックアップに固定された座標系であり、各座標成分の絶対的な方向は光ピックアップの姿勢に応じて変化する。本明細書では、光記録媒体のトラックの方向の座標成分をＹ、トラックに垂直な方向の座標成分をＸ、ＸおよびＹに垂直でかつ対物レンズから光記録媒体に向かう方向の座標成分をＺとする。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１における光ピックアップを説明する。
［１−１．全体構成］
図１Ａは、本実施の形態の光ピックアップの光学系の構成を示す模式図である。
本光ピックアップは、レーザ光源１と、レーザ光源１から出射された光を回折させ０次光および±１次光に分岐させる偏光性の回折素子２と、光記録媒体６の記録面（記録層）上に回折光を集束させる対物レンズ５と、光記録媒体６で反射された光を回折して０次光および±１次光に分岐させる偏光性のホログラム素子（偏光ホログラム素子）７と、偏光ホログラム素子７によって分岐および回折された光を受ける光検出器１０とを有している。光ピックアップは、さらに、偏光ビームスプリッタ３と、コリメートレンズ４と、１／４波長板９も有している。偏光性のホログラム素子７は、１／４波長板９および対物レンズ５とともにアクチュエータ（レンズ駆動機構）１１に取り付けられている。なお、光記録媒体６は、光ピックアップの構成要素ではないが、説明の便宜のため、図１Ａに記載されている。
レーザ光源１は、不図示の光変調回路から入力される光駆動信号に応じて強度変調された光ビームを出射するように構成されている。これにより、レーザ光源１は、記録すべきデータに応じて強度が変調された光ビームを出射することができる。
偏光ビームスプリッタ３は、特定の偏光方向の光のみを反射させ、その他の光を透過させる光学素子である。レーザ光源１から出射された光ビームを光記録媒体６の方向に導くと共に、光記録媒体６から反射された光ビームを光検出器１０に導く。
コリメートレンズ４は、偏光ビームスプリッタ３と回折素子２との間に配置され、偏光ビームスプリッタ１１によって反射された光ビームを平行光に変換する。
回折素子２は、偏光ビームスプリッタ３によって反射され、コリメートレンズ４を通過した特定の偏光方向に偏光した光を回折させ、０次光および±１次光を含む回折光を発生させるように設計されている。回折素子２は、上記特定の偏光方向以外の方向に偏光した光については回折させずに透過させる。本実施形態では、ここで回折された０次光が記録用のメインビームとして用いられ、±１次光が再生用（ＤＲＡＷ用）のサブビームとして用いられる。
偏光ホログラム素子７は、回折特性の異なる４つの偏光性の回折領域を有する光学素子である。各回折領域は、上記の特定の偏光方向および光の進行方向に垂直な方向に偏光した光を回折させ、０次光および±１次光を含む回折光を発生させるように設計されている。偏光ホログラム素子７は、上記以外の方向に偏光した光は回折させずに透過させる。
１／４波長板９は、偏光ホログラム素子７と対物レンズ５との間に配置されており、レーザ光源１から光記録媒体６に向かう経路（往路）の直線偏光を円偏光（または楕円偏光）に変換し、光記録媒体６から光検出器１０に向かう経路（復路）の円偏光（または楕円偏光）を直線偏光に変換する。１／４波長板９は、往路の直線偏光の偏光方向と復路の直線偏光の偏光方向とが直交するように設計されている。
対物レンズ５は、１／４波長板９と光記録媒体６との間に配置され、１／４波長板９を透過した光ビームを光記録媒体６の記録面上に集束させる。
本実施形態では、偏光ホログラム素子７、１／４波長板９、対物レンズ５は、アクチュエータ１１によって一体的に駆動される。これらの要素は、アクチュエータ１１の制御によって光記録媒体６の記録面に垂直な方向（フォーカス方向）および記録面に平行かつ記録面に形成された複数のトラックに垂直な方向（トラッキング方向）に移動できるように構成されている。より具体的には、アクチュエータ１１が備えるフォーカスコイル、トラッキングコイル、およびバネまたはワイヤー等の弾性部材により、フォーカスコイルおよびトラッキングコイルに印加された電圧に応じて対物レンズ５、波長板９、および偏光ホログラム素子７が移動する。アクチュエータ１１によるこのフォーカス制御およびトラッキング制御は、不図示のサーボ制御回路によって実行され得る。
光検出器１０は、光記録媒体６からの反射光を受けるように配置されている。光検出器１０は、偏光ホログラム素子７から生じたメインビームに基づく０次光ビームおよびメインビームに基づく±１次光ビーム、サブビームに基づく０次光ビーム、およびサブビームに基づく±１次光ビームをそれぞれ受けて受光量に応じた電気信号を出力する複数の受光素子を有している。光検出器１０はまた、これらの電気信号に基づいてＲＦ信号、ＤＲＡＷ信号、トラッキング信号、およびフォーカス信号を生成する演算回路を有している。
光記録媒体６は、例えば光テープである。上述のように、光テープに記録を行う光ピックアップでは、従来の光ディスク用の光ピックアップと比較して、１．５倍から２倍以上の極めて広い範囲に亘って対物レンズを移動させる必要がある。そこで、本実施形態では、アクチュエータ１１は、トラッキング方向における対物レンズ５の基準位置（初期位置）からのシフト量の上限が０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下になるように対物レンズ５をシフトさせるように構成される。このシフト量の上限は、より好ましくは、０．３５ｍｍ以上０．５５ｍｍ以下の値に設定され、さらに好ましくは、０．４ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の値に設定され得る。
［１−２．動作］
次に、本実施形態の光ピックアップの動作を説明する。
［１−２−１．動作の概要］
レーザ光源１から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３で効率よく反射された後、コリメートレンズ４を通過することによって平行光束になる。この平行光束は、光路中にある偏光性の回折素子２によって回折され、０次光ビーム（メインビーム）および±１次光ビーム（サブビーム）に分岐される。分岐された光ビームは、アクチュエータ１１に搭載された偏光ホログラム素子７、および偏光ホログラム素子７の基板表面に形成された１／４波長板９を透過した後、対物レンズ５により記録媒体６の記録面上に集光される。記録媒体６から反射された光は、対物レンズ５、１／４波長板９を経て、偏光ホログラム素子７における４つの回折領域に入射する。４つの回折領域は、入射する光ビームの断面をほぼ４等分するように設けられている。各回折領域に入射した記録用ビームおよび再生用ビームの各々は、さらに回折され、０次光ビームおよび±１次光ビームに分岐される。分岐された各光ビームは、偏光性回折素子２を経て、コリメートレンズ４によって集光され、偏光ビームスプリッタ３を効率よく透過して光検出器１０に到達する。
図１Ｂは、光記録媒体６に形成される３つの光スポットを模式的に示す図である。記録動作中、光ピックアップは、回折素子２から生じたメインビームによる光スポット（メインスポット）１００と、回折素子２から生じたサブビームによる２つの光スポット（サブスポット）１１０とを光記録媒体６の１つのトラック上に形成する。これにより、メインスポット１００によってデータを記録した直後に、２つのサブスポット１１０の一方によって当該データを読み出すＤＲＡＷを実現することができる。このように、メインスポット１００によって記録を行い、サブスポット１１０によってＤＲＡＷを行うことから、メインスポット１００を「記録スポット」、サブスポット１１０を「ＤＲＡＷスポット」と呼ぶことがある。ＤＲＡＷスポット１１０は記録スポット１００を挟んだ両側にあるので、記録媒体６の進行方向が図の左右いずれの方向であっても、いずれかのＤＲＡＷスポット１１０によって記録直後のマークを読み出すことができる。また、光記録媒体６の進行方向を逆転させた場合、使用するＤＲＡＷスポットを切り換えるようにすれば、光記録媒体６が順方向、逆方向のいずれの方向に進行している場合でもＤＲＡＷを行うことができる。
［１−２−２．回折素子２およびホログラム素子７の詳細］
図２Ａ、２Ｂは、本実施の形態における偏光性の回折素子２と偏光性のホログラム素子７の機能を示す図である。
図２Ａは、往路、すなわち光源１から光記録媒体６へ向かう経路における光の進行の様子を模式的に示している。往路では、レーザ光源１から出射されて偏光ビームスプリッタ３で反射された直線偏光の光（例えばＰ波）は、偏光性の回折素子２によって特定の回折効率で回折され、０次光および±１次光の３本のビームに分離する。このとき、０次光ビームは直進し、±１次光ビームはＹ方向に分離する。
これら３本のビームは偏光性のホログラム素子７に入射する。往路では、ホログラム素子７による回折は生じず、３本のビームはそのまま透過する。すなわち、０次光、±１次光ともＰ波のまま１／４波長板９に入射する。直線偏光であった各光ビームは、１／４波長板９を透過すると円偏光になり、光記録媒体６の記録面上にメインスポット（記録スポット）および２つのサブスポット（ＤＲＡＷスポット）を形成する。
本実施形態では、０次光を記録用ビーム、±１次光を再生用ビームとして用いるため、回折素子２での回折比（回折効率）は、記録用ビームによって形成された記録マークが再生用ビームによって劣化しないような比に設定される。具体的には、０次光と＋１次光（または−１次光）の強度比として、１：０．０５〜０．２程度が適当である。このように、記録ビームの光量が記録に適したパワーに設定されたとき、サブビームの光量が再生に適した光量になるように、回折格子２の回折効率が設計されている。
一方、図２Ｂは、復路、すなわち光記録媒体６から光検出器１０へ向かう経路における光の進行の様子を模式的に示している。復路では、光記録媒体６から反射された円偏光は、１／４波長板９によって往路における偏光方向とは直交する方向に偏光した直線偏光（例えばＳ波）になる。この直線偏光は、偏光ホログラム素子７によって特定の回折効率で回折され、０次光および±１次光に分離する。このとき、メインビームおよびサブビームの各々について、０次光および±１次光が生じる。０次光ビームは直進し、±１次光ビームはＸ方向に分離する。
これら複数のビームは偏光性の回折素子２に入射する。復路では、回折素子２による回折は生じず、各ビームはそのまま透過する。すなわち、０次光、±１次光ともＳ波のまま光検出器１０に入射し、複数の検出器１０上に複数の光スポット（検出光スポット）を形成する。
本実施形態では、後述するように、メインビームに基づく０次光および＋１次光を、それぞれＲＦ信号およびサーボ信号として用いる。サーボ信号の品質も確保しながら主にＲＦ信号のＳ／Ｎを確保するため、偏光ホログラム素子７による０次光と＋１次光の回折比として、１：０．０５〜０．２程度が適当である。
このように、回折を生じさせる偏光方向が互いに直交する偏光性回折素子２および偏光性ホログラム素子７を用いることにより、光源１から記録媒体６への往路および記録媒体６から検出器１０への復路のいずれについても、高い光伝達効率を確保することができる。このため、レーザ光源１の出力ロスを低く抑えることができるとともに、検出信号における高いＳ／Ｎ比も確保される。また、不要な回折が生ずることによって検出器１０に迷光が混入する問題も生じにくい。
図３Ａは、偏光ホログラム素子７による回折光線と光検出器１０との関係を示す簡易側面図である。図３Ｂは、検出器１０の受光面を表す平面図である。なお、図３Ａ、３Ｂでは、説明を簡単にするため、往路の回折素子２によって発生した±１次光（サブビーム）については省略し、メインビームに基づく０次光および±１次光のみを記載している。
光検出器１０は、メインビームに基づく０次光を検出する受光素子１０ａと、メインビームに基づく＋１次光を検出する受光素子１０ｂとを有している。光記録媒体６で反射されたメインビームが偏光ホログラム素子７に入射することによって生じた０次光、＋１次光、−１次光は、コリメートレンズ４によって集光され、光検出器１０に向かう。０次光は受光素子１０ａに、＋１次光は受光素子１０ｂに入射する。−１次光は本実施形態では使用されない。受光素子１０ａに入射する０次光の強度を示す信号は、ＲＦ信号として用いられる。
本実施形態では、検出器１０の受光面のＺ方向の位置は、コリメートレンズ４による０次光の焦点位置の近傍を避けて設定される。上述したように、検出器１０の応答性の劣化を避けるためである。
さらに、図３Ｂに示すように、偏光ホログラム素子７の＋１次回折光を用いて、ＳＳＤ法によるフォーカス信号を得る。ここで、ＳＳＤ法によるフォーカス信号が適度に高いフォーカス感度を有するように、ホログラム素子７に集光性を与えて受光素子１０ｂでスポットサイズがある程度小さくなるようにする。
このとき、反対側の−１次回折光は、逆にやや発散する光となる。このため、本実施形態ではこれを使用しない。すなわち、本実施形態における光ピックアップは、０次光でＲＦ信号を、＋１次光のみでサーボ信号を得ることを特徴の１つとしている。
図４Ａは、本実施形態における偏光ホログラム素子７の４つの回折領域を模式的に示す平面図である。図４Ａにおいて、Ｘ方向は光記録媒体６のトラック方向に直交する方向、Ｙ方向はトラック方向にそれぞれ一致する。図示されるように、偏光ホログラム素子７は、中心０1を通る十字線（トラックに平行な方向の直線とトラックに垂直な方向の直線）によって４つの領域Ｒ１〜Ｒ４に分割されている。中心Ｏ1は、メインビームの中心が通過する点である。また、偏光ホログラム素子７は、中心０1のＸ、Ｙ座標が対物レンズ５の中心のＸ、Ｙ座標と一致するように、アクチュエータ１１に取り付けられている。
［１−２−３．光検出器１０の詳細］
図４Ｂは、光検出器１０に含まれる複数の受光素子の配置を示す平面図である。ここでも、Ｘ方向は光記録媒体のトラック方向に直交する方向、Ｙ方向はトラック方向にそれぞれ一致する。図示されるように、光検出器１０は、メインビームに基づく０次光ビームを検出する第１の受光素子１０ａと、メインビームに基づく＋１次光ビームおよび−１次光ビームの一方（図４Ｂの例では＋１次光ビーム）を検出する第２の受光素子１０ｂと、サブビームに基づく０次光ビームを検出する第３の受光素子１０ｃと、サブビームに基づく＋１次光ビームおよび−１次光ビームの一方（図４Ｂの例では＋１次光ビーム）を検出する第４の受光素子１０ｄとを有している。ここで、第２の受光素子１０ｂおよび第４の受光素子１０ｄは、偏光ホログラム素子７の回折領域の数（４個）と同数の受光部を有している。第３の受光素子１０ｃは、サブビームのうち、偏光回折素子２から生じた＋１次光ビームおよび−１次光ビームをそれぞれ受ける２つの受光部を有している。
受光素子１０ａは、４つの領域Ａ〜Ｄに分割されており、これらの中心付近でメインビームに基づく０次光（往路の回折素子による０次光、かつ復路のホログラム素子による０次光）を受けるように配置されている。各領域は、受光量に応じた電気信号を出力する。領域Ａ〜Ｄから出力される信号を、それぞれＡ〜Ｄで表すとき、光検出器１０に含まれる不図示の演算回路は、以下の（式１）の演算を行うことにより、ＲＦ信号を生成する。
ＲＦ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ (式１)
ＲＦ信号の生成に必要な応答性を確保するため、受光素子１０ａの受光面のＺ方向の位置は、受光素子１０ａの受光面に形成される光スポットのサイズが適度に大きくなるように設定されている。一方、ＲＦ信号を生成するための信号を出力する受光素子が大きすぎると、逆に十分な周波数特性が得られない。よって、本実施形態では、受光素子１０ａ上のメインビームに基づく０次光のスポットが、集光点から距離Ｄｅ（Ｄｅは１００μｍ〜３００μｍの範囲内の値）程度デフォーカスした構成が採用され得る。
ここで、ＲＦ信号を生成するための受光素子１０ａは、Ａ〜Ｄの４つの領域に分割されずに一つの領域だけを有するように構成されていてもよいが、図４Ｂのように４分割構成にすれば、図の縦方向（Ｙ方向）および横方向（Ｘ方向）の光量バランスを検出することができるため、受光素子１０ａの位置調整に利用することができる。
図４ＢにおいてＥおよびＦで示される受光素子１０ｃは、ＤＲＡＷを実現するための再生信号を得るための受光素子である。受光素子１０ｃは、光記録媒体６の進行方向に応じて、記録スポットの後に追従するＤＲＡＷスポットを形成するサブビームをＥまたはＦのいずれか領域で受光する。光検出器１０の不図示の演算回路は、領域ＥまたはＦから出力される信号を記録信号と比較することにより、データ記録と同時に、記録されたデータのベリファイを行うことが出来る。
［１−２−４．サーボ信号の検出］
次に、サーボ信号、すなわちフォーカス信号およびトラッキング信号の検出について説明する。
図４Ａに示されるＲ１〜Ｒ４の４象限の領域分割パターンを持つ偏光ホログラム素子７によって回折・分岐された回折光ビームにより、光スポットＤ１〜Ｄ４が、Ｙ方向に２分割された領域ＧおよびＫ、領域ＪおよびＮ、領域ＩおよびＭ，領域ＨおよびＬの境界線上にそれぞれ形成される。なお、これらの境界線は、メインビームに基づく０次光の光スポット（ＲＦスポット）を通るＸ軸方向の直線と一致する。
ここで、偏光ホログラム素子７の領域Ｒ１およびＲ４からの回折光を受ける受光部（領域ＧおよびＫの対と、領域ＨおよびＬの対）は、光学系の光軸中心に沿って進む０次光を受ける受光素子１０ａに近い側に配置され、領域Ｒ２およびＲ３からの回折光を受ける受光部（領域ＪおよびＮの対と、領域ＩおよびＭの対）は、受光素子１０ａから遠い側に配置される。これには、以下のような意味がある。すなわち、偏光ホログラム素子７によって回折した光は、いったん往路の平行光束よりも外側にはみ出して進むため、小さな筐体に納めることが必要な光ピックアップでは筐体の壁や光学部品ホルダーなどの部材で光が遮られるおそれがある。このため、光軸中心から＋Ｘ側により遠い位置にある領域Ｉ、Ｍおよび領域Ｊ、Ｎには、光軸中心に対して−Ｘ方向側にある領域Ｒ２、Ｒ３からの光を入射させ、光軸中心により近い位置にある領域Ｇ、Ｋおよび領域Ｈ、Ｌには、光軸中心に対して＋Ｘ方向側にある領域Ｒ１、Ｒ４からの光を入射させる。これにより、偏光ホログラム素子７からの回折光の損失量を低減させることができる。
以下、フォーカス信号の検出方法について説明する。本実施形態の光ピックアップは、ＳＳＤ方式によるフォーカス信号の検出を行う。
図４Ｃは、偏光ホログラム素子７のＲ１〜Ｒ４の領域で回折分岐された光線（メインビームに基づく＋１次回折光）を模式的に示す図である。この図では、簡単のため、コリメートレンズ４の記載は省略している。図示されるように、領域Ｒ１、Ｒ２からの光については、光検出器１０の受光面よりも奥（点０B）に焦点が位置するようにホログラム素子７のパターンが作成されている。反対に、領域Ｒ３、Ｒ４からの光については、光検出器１０の受光面よりも手前（点ＯF）に焦点が位置するようにホログラム素子７のパターンが作成されている。
ここで、光記録媒体６と対物レンズ５とのデフォーカスが発生すると、検出側でも焦点位置がＺ方向に変化する。例えば、焦点の位置がＺ＋方向に移動した場合、領域Ｒ１、Ｒ２からの光スポットＤ１、Ｄ２は小さくなり、逆に、領域Ｒ３、Ｒ４からの光スポットＤ３、Ｄ４は大きくなる。これに対し、焦点位置がＺ−方向に動いた場合、領域Ｒ１、Ｒ２からの光スポットＤ１、Ｄ２は大きくなり、逆に、領域Ｒ３、Ｒ４からの光スポットＤ３、Ｄ４は小さくなる。
このようなＳＳＤ方式の原理により、次の(式２)の演算を行うことにより、フォーカス信号ＦＥ（ＳＳＤ）が得られる。なお、領域Ｇ〜Ｈの受光量を示す信号を、それぞれＧ〜Ｈで表している。
ＦＥ(ＳＳＤ)＝（Ｇ＋Ｌ＋Ｍ＋Ｊ）−（Ｋ＋Ｈ＋Ｉ＋Ｎ） (式２)
ここで、光テープに適合した光ピックアップのように、従来よりも大きいレンズシフトが要求される場合を考える。
レンズシフトの方向は、トラックと直交する方向であるから、Ｘ方向である。レンズシフトを行うと、検出器１０上の光スポットＤ１〜Ｄ４も、受光面上でＸ方向にシフトする。すなわち、光スポットＤ１〜Ｄ４は、各受光部（ＧおよびＫの対、ＪおよびＮの対、ＩおよびＭの対、ＨおよびＬの対）の境界線上を、Ｘ方向に沿って移動することになる。このため、フォーカス信号は、レンズシフトの影響を受けない。なお、本実施形態では、偏光ホログラム素子７が、コリメートレンズ４の後段の平行光束の経路上に配置されているため、レンズシフトに伴う検出光スポットのシフト量自体がそもそも小さい。
また、本実施形態では、光源１からの出射光の波長変動による影響も小さい。光源１からの出射光の波長がピックアップ毎にばらついていたり、ピックアップの周辺温度の変化やレーザ自体の発熱などによって波長変動が生じた場合、ホログラム素子７での回折角が変化する。回折角が変化すると検出光スポットもシフトする。しかし、回折角の変化は、ほぼＸ方向に沿った検出光スポットの移動をもたらすため、レンズシフトと同様、検出光スポットは、各受光部の境界線上を動くことになる。このため、波長変動によるフォーカス信号への影響は小さい。
なお、上記のようにＸ方向のずれについてはフォーカス信号に影響が出ないが、Ｙ方向のずれについては影響が出る。このため、適度なＳ字感度が得られ、かつＹ方向のずれが生じてもフォーカス信号の劣化が小さくなるようにスポットサイズは設定される。具体的には、ＧからＮの各検出領域のＹ方向の幅が、各受光部に形成される光スポットの半径の０．８倍から１．５倍程度になるように設計される。なお、「光スポットの半径」とは、光スポットの形状が本実施形態のように円の一部である扇形のような形状である場合には、当該円の半径のことを指す。
なお、本実施形態では、ＳＳＤ方式によるフォーカス信号が生成されるが、ナイフエッジ方式などの他の方式によってフォーカス信号を生成してもよい。
次に、トラッキング信号の検出方式について説明する。本実施形態では、ＣＦＦ法によるトラッキング信号が生成される。
本実施形態では、トラッキング信号も、同じＧ〜Ｎの検出領域を用いて検出される。
図４Ａにおいて破線で示すように、偏光ホログラム素子７において対物レンズ５の開口に対向する領域内に、トラッキング溝からの回折光の一部が入射する。このため、トラッキング信号は、Ｒ１およびＲ４を通過した光の強度と、Ｒ２およびＲ３を通過した光の強度との差分を計算することによって得られる。これは、すなわち検出器１０が以下の(式３）の演算を行うことによってトラッキング信号ＴＥ（ＣＦＦ）が得られることを意味する。
ＴＥ(ＣＦＦ)＝（Ｇ＋Ｈ＋Ｋ＋Ｌ）−（Ｉ＋Ｊ＋Ｍ＋Ｎ） (式３）
この演算は、対物レンズ５の開口中心Ｏ1を通るＹ方向の直線で光束断面を２分割して、それぞれの光量の差分を検出していることと等価である。このような演算によってトラッキング信号を得るため、本実施形態における偏光ホログラム素子７は、対物レンズ５と一体的に動かされる。これにより、Ｘ方向のレンズシフトが生じた場合も、検出器１０上の光スポットは、受光素子１０ｂ内の４つの受光部の各々の内部で動くことになるため、レンズシフトによるオフセットを小さく抑えることができる。このように、本実施形態では、検出器１０の演算回路は、レンズシフトによるオフセットの小さいＣＦＦ法によるトラッキング信号を生成する。
次に、本実施形態によるフォーカス信号およびトラッキング信号のレンズシフトに対する特性を説明する。
図５Ａ、５Ｂは、フォーカス信号のレンズシフトに対する特性を示す図である。図５Ａは、検出器ずれおよびレンズシフトがともにない状態におけるデフォーカス（Ｚ方向についての対物レンズのフォーカス位置からのずれ）に対するフォーカス信号波形を示している。図５Ｂは、影響が及ぶＹ方向に検出器が５μｍずれ、さらに０．５ｍｍのレンズシフトが加わった状態におけるフォーカス信号波形を示している。これらの図が示すように、フォーカス信号におけるＳ字カーブは、レンズシフトの影響をほとんど受けていないことがわかる。図５Ｂに示すように、本実施形態によれば、上記のレンズシフトによるフォーカスバランスの変化量は０．０４％に抑えることができ、フォーカスバランスの変化量は−０．３７％に抑えることができた。
図５Ｃ、５Ｄは、トラッキング信号のレンズシフトに対する特性を示す図である。図５Ｃは、レンズシフト量（Ｘ方向における基準位置からの対物レンズの移動量）に対するＴＥオフセットの依存性を示している。図５Ｄは、レンズシフト量に対するＴＥ振幅の依存性を示している。図中の実線は、本実施形態（ＣＦＦ法）による結果を、破線は従来のＡＰＰ法による結果を示している。これらの結果が示すように、本実施形態によれば、レンズシフト量が例えば０．３ｍｍを超える場合でも、ＴＥオフセットおよびＴＥ振幅の変化を小さく抑えることができる。
さらに、本実施形態では、位相差法によるトラッキング信号（一般にＤＰＤ信号；Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ信号と呼ばれる。）も得ることができる。位相差法によるトラッキング信号ＴＥ（ＤＰＤ）は、（Ｇ＋Ｋ＋Ｉ＋Ｍ）と（Ｈ＋Ｊ＋Ｌ＋Ｎ）との位相差を比較することによって生成される。
また、本光ピックアップの構成では、往路で記録ビームおよび２本のＤＲＡＷビームの合計３本のビームが形成されるため、復路で偏光ホログラム素子７によるＸ方向の回折分岐はこれら３本のビームのそれぞれに対して生ずる。すなわち、サーボ用の検出光スポットＤ１〜Ｄ２に対応するサブスポットが生ずる。これらのサブスポットが存在することも、上述したフォーカスおよびトラッキング検出を行う検出器（ＧからＮ）をＸ軸に沿った横長のパターンに配置することのメリットの１つである。
本光ピックアップの構成では、これらのサブスポットについても図４Ｂに示す検出器構成におけるＯ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖの各受光部で受光することができる。すなわち、以下の(式４）または（式５）の演算により、ＤＲＡＷビーム（サブビーム）のオフトラック信号を得ることができる。
ＴＥ(ＤＲＡＷ１)＝（Ｏ＋Ｐ）−（Ｑ＋Ｒ） （式４）
ＴＥ(ＤＲＡＷ２)＝（Ｓ＋Ｔ）−（Ｕ＋Ｖ） (式５）
あるいは、より簡素にするため、受光部ＯとＰ、ＱとＲ、ＳとＴ、ＵとＶは、それぞれ一体にしても良い。
これにより、トラッキング制御は、記録ビーム（メインビーム）の検出結果に基づくＣＦＦ法によるＴＥ信号（式３）を用いて行うが、光テープなどのトラック方向に傾きが生じた場合のように、ＤＲＡＷスポットにオフトラックが生じた場合に、そのオフトラック量を検出することができる。
ただし、これらのサブスポット（受光素子１０ｄの各受光部に形成されるスポット）と、サーボ用の検出光スポット（受光素子１０ｃの各受光部に形成されるスポット）とが互いに迷光にならないように配慮する必要がある。逆に、検出器１０上でメインビームの光スポットとサブビームの光スポットとが大きく離れるように設計すると、記録媒体６の記録面上でもメインスポットとサブスポットとが離れすぎてしまうことになる。このことは、ＤＲＡＷスポットの収差が大きくなってそのスポット品質が劣化することを意味する。
このため、対物レンズの焦点距離をｆ１、コリメートレンズ４と不図示の検出レンズの合成焦点距離をｆ２、記録媒体６のトラック上に形成されるメインビームによる光スポットとサブビームによる光スポットとの間隔をｄとするとき、検出器面でのメインスポットとサブスポットの距離（＝ｆ２／ｆ１×ｄ）は、例えば１００μｍ＜ｆ２／ｆ１＜５００μｍを満足するように設計される。さらに好ましくは、８０μｍ＜ｆ２／ｆ１×ｄ＜２００μｍを満足するように設計され得る。
［１−３．効果等］
以上のように、本実施形態によれば、記録ビームによるＲＦ信号とＤＲＡＷビームによるＤＲＡＷ信号を検出しながら、比較的大きいレンズシフトに対しても安定なサーボ信号を得ることができる。加えて、位相差法によるトラッキング検出やＤＲＡＷビームのオフトラック検出機能も備えた光ピックアップを実現することができる。これらの多くの種類の信号検出を、極めて簡素な検出器構成で実現でき、検出器の信号ピン数も減らせるので、フレキシブル基板やフロントエンドプロセッサなどの回路も簡素にできる。
このように、本実施形態の光ピックアップは、光記録媒体６のトラック上にデータを記録しながら、トラック上に記録されたデータを読み出すことができる。光ピックアップは、光ビームを出射する光源１と、光源１から出射された光ビームを、記録用のメインビームおよび再生用のサブビームを含む複数の光ビームに分離する回折素子２と、メインビームおよびサブビームを光記録媒体６の同一トラック上に集束させるように構成された対物レンズ５と、回折素子２から光記録媒体６までの光路上に配置された１／４波長板９と、回折素子２および波長板９の間に配置された偏光ホログラム素子７と、フォーカス制御およびトラッキング制御のために偏光ホログラム素子７、１／４波長板９、および対物レンズ５を一体的に駆動するアクチュエータ１１と、光記録媒体６で反射されて偏光ホログラム素子７によって回折された光ビームを検出するように構成された光検出器１０とを備えている。１／４波長板９は、回折素子２から波長板９に入射する光の偏光方向と光記録媒体６で反射されて波長板９を再び透過した光の偏光方向とが直交するように設計されている。偏光ホログラム素子７は、回折特性の異なる４つの回折領域Ｒ１〜Ｒ４を有し、各回折領域が、光記録媒体６で反射されて波長板９を透過した光ビームを、０次光ビームおよび±１次光ビームに分離するように設計されている。光検出器１０は、メインビームに基づく０次光ビームの検出結果からＲＦ信号を生成し、メインビームに基づく±１次光ビームの一方の検出結果からフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号を生成し、サブビームに基づく０次光ビームの検出結果からデータが正常に記録されたことを示す信号を生成する。
本実施形態では、特に、偏光ホログラム素子７は、メインビームの中心部が通る点を中心として、光記録媒体６のトラックと同一の方向（Ｙ方向）の直線と、トラックに垂直な方向（Ｘ方向）の直線とによって分割された４つの回折領域に分割されている。そして、光検出器は、メインビームに基づく０次光ビームを検出する第１の受光素子１０ａと、メインビームに基づく＋１次光ビームおよび−１次光ビームの一方を検出する第２の受光素子１０ｂと、サブビームに基づく０次光ビームを検出する第３の受光素子１０ｃとを有している。第２の受光素子１０ｂは、偏光ホログラム素子７の回折領域の数と同数の４つの受光部を有し、各受光部がいずれかの回折領域から生じた±１次回折光の一方を受けるように配置されている。第１の受光素子１０ａおよび第２の受光素子１０ｂの各受光部は、対物レンズ５が光記録媒体６のトラック方向に垂直な方向（Ｘ方向）にシフトしたときに光検出器１０上の光スポットが移動する方向と同一の方向に配列されている。そして、光検出器１０は、コレクトファーフィールド法によってトラッキング誤差信号を生成し、スポットサイズ検出法によってフォーカス誤差信号を生成する。
これにより、メインビームに基づく±１次光ビームの両方の検出結果を利用してフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号を生成する従来の構成に比べ、安定したサーボ信号を得ることができる。特に、トラックに垂直な方向（Ｘ方向）に対物レンズ５が大きくシフトしたとしても、安定したサーボ信号を生成することができる。
［１−４．変形例］
次に検出器パターンの工夫について説明する。以下の検出器パターンは必要に応じて採用すればよい。
図６Ａ、６Ｂは、光検出器１０の変形例を示す図である。この変形例では、受光素子１０ａと受光素子１０ｂとが、距離Ｌ１のスペースを隔てて配置されており、受光素子１０ｂ内でも、内側の２つの受光部が距離Ｌ２のスペースを隔てて配置されている。図６Ａは合焦時の検出光スポットを示し、図６Ｂはデフォーカス時の検出光スポットを示している。図６Ｂに示すように、デフォーカス時にはＲＦ信号を生成するメインビームの光スポット３１が広がる。仮に受光素子１０ａと受光素子１０ｂとの間隔が短いと、この光スポットがＦＥ信号およびＴＥ信号を検出する受光素子１０ｂにまで混入することになる。
一般に、光記録再生装置でフォーカス制御が外れている状態（フォーカス飛び）か否かを判定するのにフォーカス信号の和親号（Ｆｓｕｍ信号）が用いられることが多い。これに対して光量の大きい０次光がデフォーカスによってＦＥ検出器に侵入した場合、Ｆｓｕｍ信号への影響が大きくなり、フォーカス飛びの誤検出につながる。
このため、図６Ａ、６Ｂに示す構成例では、ＦＥ信号を検出する受光素子１０ｂを、０次光の位置から距離Ｌ１だけ遠ざけて配置している。０次光のデフォーカス時の半径ＲＡは、対物レンズの開口数ＮＡ、対物レンズの焦点距離をｆｏ、コリメートレンズの焦点距離（別に検出レンズを含む場合、その合成焦点距離）をｆｃ、コリメートレンズの焦点位置と検出器面との差をＤとするとき、次の(式６）で表すことが出来る。
ＲＡ＝ＮＡ×ｆｏ×（Ｄ＋ΔＺ）／（ｆｃ＋ΔＺ） (式６）
ΔＺは、デフォーカス量ｄｆに対するコリメートレンズの集光点の移動量を表しており、（式７）で表される。
ΔＺ＝２×（ｆｃ／ｆｏ）２×ｄｆ (式７）
一般に、光による記録再生を行うシステムでは、１０μｍ程度以上のデフォーカスがあればＦｓｕｍ信号光量は十分低くなる。このため、Ｌ１は、デフォーカス１０μｍにおける０次光スポットの半径をＲＡ１としたとき、（式８）の関係を満たすように決定すれば、影響を小さくすることができる。
Ｌ１＞ＲＡ１（式８）
さらに、図６Ａに示す例では、検出光のスポットＤ４とＤ３とをそれぞれ受光する２つの受光部（ＨおよびＬの対と、ＩおよびＭの対）の間にも隙間Ｌ２を設けている。これは、検出光Ｄ２、Ｄ３のデフォーカス時にスポットが互いに干渉するため、この干渉による光量変化がＦＥ信号に重畳するのを防ぐためである。なお、受光素子１０ｂの各受光部が、各受光部上に形成される光スポットが他の受光部に重ならないように、スペースを隔てて配置されていれば、信号品質をさらに向上させることができる。
以上のように、図６Ａ、６Ｂの構成によれば、デフォーカス時のフォーカス飛び検出動作やＦＥ信号品質のさらに安定した光ピックアップを実現することが出来る。
（実施の形態２）
次に、本開示の実施の形態２を説明する。本実施形態の光ピックアップは、光検出器１０の構成を除き、実施の形態１と同じである。
図７Ａは、本実施形態における検出系の概略構成図、図７Ｂは、本実施形態における偏光ホログラム素子２７の断面模式図、図７Ｃは、本実施形態における検出器パターンを示す図である。
図７Ａに示すように、本実施形態では、ＲＦ信号をメインビーム（記録ビーム）の０次光に基づいて検出するのではなく、サーボ信号と同様、メインビームの＋１次光に基づいて検出する。ＲＦ信号のＳ/Ｎ比を確保するため、図７Ｂに示すような非対称な断面の周期構造を有するブレーズド型の偏光ホログラム素子２７を用いる。これにより、＋１次光の回折効率が最も高くなり、大部分の光を図７Ｃに示す検出器で受光することができる。
本実施形態におけるＲＦ信号は、次の（式９）によって得られる。
ＲＦ＝Ｇ＋Ｈ＋Ｍ＋Ｎ＋Ｋ＋Ｌ＋Ｉ＋Ｊ （式９）
また、ＤＲＡＷビームによる再生信号ＲＦ（ＤＲＡＷ１）は、次の（式１０）または（式１１）によって得られる。
ＲＦ(ＤＲＡＷ１)＝Ｏ＋Ｐ＋Ｑ＋Ｒ （式１０）
ＲＦ(ＤＲＡＷ２)＝Ｓ＋Ｔ＋Ｕ＋Ｖ （式１１）
すなわち、本実施形態によれば、検出器の構成がさらに簡素化されるとともに、０次光の光量が小さいため、図６Ａ、６Ｂを参照しながら説明したＦｓｕｍ信号への影響の問題も解消することが出来る。
なお、本実施形態でも、偏光ホログラム素子２７の領域分割は必ずしも単純な４分割である必要はない。また、偏光ホログラム素子２７による集光に非点収差成分を加えてＸ、Ｙ方向の検出光スポットサイズを変えても良い。
このように、本実施形態では、偏光ホログラム素子２７および光検出器１０の構成が実施形態１とは異なっている。本実施形態における光検出器１０は、光記録媒体６で反射されて偏光ホログラム素子２７によって回折された光ビームを検出するように構成されている。メインビームに基づく±１次光ビームの一方の検出結果からＲＦ信号、フォーカス誤差信号、およびトラッキング誤差信号を生成し、サブビームに基づく０次光ビームの検出結果からデータが正常に記録されたことを示す信号（ＤＲＡＷ信号）を生成することができる。
（実施形態３）
次に、図８を参照しながら、光記録再生装置の実施形態３を説明する。図８に示される光記録再生装置は光ディスク装置であるが、本開示の光記録再生装置は、光ディスク装置に限定されず、例えば光テープ装置であってもよい。
図示されている光ディスク装置は、光ピックアップ９００と、光ディスク（光記録媒体）８を回転させるディスクモータ９０２と、各種の信号処理を行う制御回路１０００とを備えている。光ピックアップ９００は、すでに説明した実施形態における光ピックアップのいずれかである。制御回路１０００は、フロントエンド信号処理部９０６、サーボ制御部９１０、エンコーダ／デコーダ９０８、ＣＰＵ９０９などの機能ブロックを有している。
図８に示す構成例では、光ピックアップ９００の出力は、フロントエンド信号処理部９０６を介してエンコーダ／デコーダ９０８に送られる。エンコーダ／デコーダ９０８は、データ読み出し時には、光ピックアップ９００によって得られる信号に基づいて光ディスク８に記録されているデータを復号する。エンコーダ／デコーダ９０８は、光変調回路を含んでおり、データ書き込み時には、データを符号化し、光ディスク８に書き込むべき信号を生成し、光ピックアップ９００に送出する。この信号により、所望の記録マークが形成されるように光ビームの強度が変調される。
フロントエンド信号処理部９０６は、光ピックアップ９００の出力に基づいて再生信号を生成する一方、フォーカス誤差信号ＦＥやトラッキング誤差信号ＴＥを生成する。フォーカス誤差信号ＦＥやトラッキング誤差信号ＴＥは、サーボ制御部９１０に送出される。サーボ制御部９１０は、ドライバアンプ９０４を介してディスクモータ９０２を制御する一方、光ピックアップ９００内のアクチュエータを介して対物レンズの位置を制御する。エンコーダ／デコーダ９０８およびサーボ制御部９１０といった構成要素は、ＣＰＵ９０９によって制御される。
フロントエンド信号処理部９０６およびエンコーダ／デコーダ９０８は、光記録媒体８の所定のトラックにデータを記録しながら、光ピックアップ装置９００からの出力に基づいて当該トラックに形成された記録マークを読み出すことができる。これにより、データを記録しながら当該データのベリファイを行うことができる。本実施形態では、フロントエンド信号処理部９０６およびエンコーダ／デコーダ９０８が協働して本発明による光記録再生装置の処理部の機能を実現している。
なお、本実施形態の光記録再生装置は、１個の光ピックアップ９００を備えているが、２個以上の光ピックアップ９００を備えていてもよい。各光ピックアップが光記録媒体の異なるトラックに対して同時にデータを記録するように構成されていれば、記録およびベリファイの高速化が図れるため、有用である。
図８と同様の構成を光ディスク装置ではなく光テープ装置に適用することも可能である。光テープ装置と光ディスク装置との間にある主な相違点は、光記録媒体の駆動機構にある。光記録媒体として光テープを使用する場合、光テープを走行させるための複数のローラが用いられる。また、光テープ装置は、複数の光ピックアップを備えることにより、光テープの複数のトラックに対して同時にデータの記録または再生を行うことができる。
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜３を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１〜３で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
図９Ａは、実施の形態１における偏光性の回折素子２の代わりに、偏光特性を有しない回折素子２’を、光源１と偏光ビームスプリッタ３との間に設けた実施形態を示す図である。それ以外の構成は、実施の形態１と同様である。この構成例では、回折素子２’が偏光ビームスプリッタ３の前段に設けられているため、回折素子２’に偏光特性を持たせる必要がない。このような構成であっても、実施形態１における動作は変わらず、同様の効果が得られる。
上記の例の他にも、光学系の構成を可能な範囲で変更してもよい。例えば、図９Ｂに示すように、図１Ａの構成におけるレーザー光源１と光検出器１０との位置関係を逆にしてもよい。この場合、光検出器１０上の受光素子の配置について、上記の説明におけるＸ方向をＺ方向に、Ｚ方向を−Ｘ方向に読み替えれば、全く同じ議論が成立する。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示の光ピックアップは、例えば、これを複数個含む大容量情報記憶システム（たとえば光テープや光ディスクを用いたデータファイルシステム）において、光記録媒体の異なる領域、または異なる光記録媒体に同時に情報を正確に記録する用途に用いられ得る。また、一般的な光記録再生装置に利用することも可能である。本開示の光ピックアップは、簡易な構成でコストメリットを有する記録再生装置として有用である。
１ 半導体レーザ光源
２ 偏光性回折素子
２’ 回折素子
３ 偏光ビームスプリッタ
４ コリメートレンズ
５ 対物レンズ
６，８ 光記録媒体
９ １／４波長板
７，１７，２７ 偏光性ホログラム素子
１０ 光検出器
１１ アクチュエータ
１００ 記録スポット
１１０ ＤＲＡＷスポット
１３０ 記録トラック
９００ 光ピックアップ
９０２ ディスクモータ
９０４ ドライバアンプ
９０６ フロントエンド信号処理部
９０８ エンコーダ／デコーダ
９０９ ＣＰＵ
９１０ サーボ制御部
１０００ 制御回路

Claims (16)

  1. 光記録媒体のトラック上にデータを記録しながら、前記トラック上に記録されたデータを読み出す光ピックアップであって、
    光ビームを出射する光源と、
    前記光源から出射された前記光ビームを、記録用のメインビームおよび再生用のサブビームを含む複数の光ビームに分離する回折素子と、
    前記メインビームおよび前記サブビームを前記光記録媒体の同一トラック上に集束させるように構成された対物レンズと、
    前記回折素子から前記光記録媒体までの光路上に配置された波長板であって、前記回折素子から前記波長板に入射する光の偏光方向と前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光の偏光方向とが直交するように設計された波長板と、
    回折特性の異なる複数の回折領域を有し、各回折領域が、前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光ビームを、０次光ビームおよび±１次光ビームに分離するように設計された偏光ホログラム素子と、
    フォーカス制御およびトラッキング制御のために前記対物レンズおよび前記偏光ホログラム素子を一体的に駆動するアクチュエータと、
    前記光記録媒体で反射されて前記偏光ホログラム素子によって回折された光ビームを検出するように構成された光検出器であって、前記メインビームに基づく０次光ビームの検出結果からＲＦ信号を生成し、前記メインビームに基づく±１次光ビームの一方の検出結果からフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号を生成し、前記サブビームに基づく０次光ビームの検出結果からデータが正常に記録されたことを示す信号を生成する光検出器と、
    を備える光ピックアップ。
  2. 前記偏光ホログラム素子の前記複数の回折領域は、前記メインビームの中心部が通る点を中心として、前記光記録媒体のトラックと同一の方向の直線と、前記トラックに垂直な方向の直線とによって分割された４つの領域である、請求項１に記載の光ピックアップ。
  3. 前記光検出器は、コレクトファーフィールド法によって前記トラッキング誤差信号を生成し、スポットサイズ検出法によって前記フォーカス誤差信号を生成する、請求項１または２に記載の光ピックアップ。
  4. 前記光検出器は、前記メインビームに基づく前記±１次光ビームの前記一方の検出結果から、位相差法によるトラッキング誤差信号をさらに生成する、請求項３に記載の光ピックアップ。
  5. 前記光検出器は、
    前記メインビームに基づく０次光ビームを検出する第１の受光素子と、
    前記メインビームに基づく＋１次光ビームおよび−１次光ビームの一方を検出する第２の受光素子であって、前記偏光ホログラム素子の前記回折領域の数と同数の受光部を有する第２の受光素子と、
    前記サブビームに基づく０次光ビームを検出する第３の受光素子と、
    を有し、
    前記第１の受光素子および前記第２の受光素子の各受光部は、前記対物レンズが前記光記録媒体のトラック方向に垂直な方向にシフトしたときに前記光検出器上の光スポットが移動する方向と同一の方向に配列されている、
    請求項１から４のいずれかに記載の光ピックアップ。
  6. 前記第２の受光素子の各受光部は、前記光記録媒体のトラック方向に対応する第１の方向に２等分割されており、分割された各部分の前記第１の方向の幅は、前記受光部に形成される光スポットの半径の０．８倍から１．５倍である、請求項５に記載の光ピックアップ。
  7. 前記光検出器は、前記第１の受光素子が、前記メインビームに基づく０次光ビームの集光点から１００μｍから３００μｍの範囲内の距離だけずれるように構成されている、請求項５または６に記載の光ピックアップ。
  8. 前記第１の受光素子および前記第２の受光素子は、前記第１の受光素子上に形成される光スポットが、前記第２の受光素子の受光部に重ならないように、スペースを隔てて配置されている、
    請求項５から７のいずれかに記載の光ピックアップ。
  9. 前記第２の受光素子の各受光部は、各受光部上に形成される光スポットが他の受光部に重ならないように、スペースを隔てて配置されている、請求項５から８のいずれかに記載の光ピックアップ。
  10. 前記偏光ホログラム素子の前記複数の回折領域は、前記メインビームの中心部が通る点を中心として、前記光記録媒体のトラックと同一の方向の直線と、前記トラックに垂直な方向の直線とによって分割された４つの領域であり、
    前記第２の受光素子において、各受光部上に形成される光スポットのうち、前記対物レンズのフォーカス方向の移動によって接近する２つの光スポットが重なる部分にスペースが設けられている、請求項５から９のいずれかに記載の光ピックアップ。
  11. 前記光検出器は、前記サブビームに基づく±１次光ビームの検出結果から、前記サブビームのオフトラック状態を示す信号を生成する、請求項１から１０のいずれかに記載の光ピックアップ。
  12. 前記偏光ホログラム素子と前記光検出器との間に配置されたコリメートレンズおよび検出レンズをさらに備え、
    前記対物レンズの焦点距離をｆ１、前記コリメートレンズおよび前記検出レンズの合成焦点距離をｆ２、前記光記録媒体のトラック上に形成される前記メインビームによる光スポットと前記サブビームによる光スポットとの間隔をｄとするとき、
    １００μｍ＜ｆ２／ｆ１×ｄ＜５００μｍを満足する、
    請求項１から１１のいずれかに記載の光ピックアップ。
  13. 前記アクチュエータは、トラッキング方向における前記対物レンズの初期位置からのシフト量の上限が０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下になるように前記対物レンズをシフトさせる、請求項１から１２のいずれかに記載の光ピックアップ。
  14. 前記アクチュエータは、前記対物レンズ、前記偏光ホログラム素子、および前記波長板を一体的に駆動するように構成されている、請求項１から１３のいずれかに記載の光ピックアップ。
  15. 光記録媒体のトラック上にデータを記録しながら、前記トラック上に記録されたデータを読み出す光ピックアップであって、
    光ビームを出射する光源と、
    前記光源から出射された前記光ビームを、記録用のメインビームおよび再生用のサブビームを含む複数の光ビームに分離する回折素子と、
    前記メインビームおよび前記サブビームを前記光記録媒体の同一トラック上に集束させるように構成された対物レンズと、
    前記回折素子から前記光記録媒体までの光路上に配置された波長板であって、前記回折素子から前記波長板に入射する光の偏光方向と前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光の偏光方向とが直交するように設計された波長板と、
    回折特性の異なる複数の回折領域を有し、各回折領域が、前記光記録媒体で反射されて前記波長板を透過した光ビームを、０次光ビームおよび±１次光ビームに分離するように設計された偏光ホログラム素子と、
    フォーカス制御およびトラッキング制御のために前記対物レンズおよび前記偏光ホログラム素子を一体的に駆動するアクチュエータと、
    前記光記録媒体で反射されて前記偏光ホログラム素子によって回折された光ビームを検出するように構成された光検出器であって、前記メインビームに基づく±１次光ビームの一方の検出結果からＲＦ信号、フォーカス誤差信号、およびトラッキング誤差信号を生成し、前記サブビームに基づく０次光ビームの検出結果からデータが正常に記録されたことを示す信号を生成する光検出器と、
    を備える光ピックアップ。
  16. 請求項１から１５のいずれかに記載の光ピックアップと、
    前記光ピックアップによる記録および再生動作を制御する制御回路と、
    を備える光記録再生装置。
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