JP4151313B2

JP4151313B2 - 光再生装置

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Publication number: JP4151313B2
Application number: JP2002160907A
Authority: JP
Inventors: 健島野; 裕史助田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2022-06-03
Also published as: US7260033B2; JP2004005859A; US7215609B2; US20050185539A1; US20030223325A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ディスク装置に係り、特に複数の種類の光ディスクを再生する光ヘッド技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の１２０ｍｍサイズの民生用光ディスクとしては、旧来の音楽ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭに加えて、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなど、記録密度の違いや、記録や消去、書き換えの可否や、信頼性、アプリケーションの違いによって、さまざまな規格が並立している。これが一般ユーザの混乱を招いている問題が指摘されており、最近ではＤＶＤマルチと称して、これらすべての光ディスクの記録、再生が可能な、光ディスク装置の製品発表もなされている。
【０００３】
上記複数種の光ディスクの違いとして、まずＣＤ系とＤＶＤ系での波長の違いが上げられる。ＤＶＤ発売当初、ＤＶＤ装置でのＣＤの互換再生のためには、ＤＶＤ用の赤色半導体レーザを用いていた。しかし再生波長が従来ＣＤと同じ赤外波長に制限されるＣＤ−Ｒが急速に普及したため、現在ではＤＶＤ装置に赤色半導体レーザと赤外半導体レーザの両方を搭載してＣＤ系に赤外半導体レーザを用いる装置が一般に定着している。
【０００４】
さらに別の違いとしては、トラッキングに用いるピット列や案内溝（以下、総称して案内溝と言う）の形状とそれに伴うトラッキング方式の違いが挙げられる。トラッキング方式としては、ＣＤ−ＲＯＭではツインビーム法、ＣＤ−Ｒ、ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ、ＲＷでは差動プッシュプル法、ＤＶＤーＲＯＭでは位相差法、ＤＶＤ−ＲＡＭでは偏光性回折格子を用いたプッシュプル法が主に用いられている。
【０００５】
プッシュプル法は、案内溝による光の回折と、その回折光同士の干渉効果によって対物レンズの瞳面上に生じる、反射光強度分布のアンバランスを検出する方法である。瞳面の強度分布のアンバランスは検出器上のスポットを焦点からややずらして２分割の検出器で受光し、検出信号の差動信号を得ることにより求められる。これをトラッキング誤差信号とする。強度分布のアンバランスは回折光どうしの干渉効果で生じるため、この方式によるトラッキング誤差の検出感度は、案内溝の深さが、１／８波長の光学深さで、案内溝の幅が案内溝ピッチの１／２のとき、もっとも高い。（ここで、光学深さとは、光ディスクの基板の中での波長を基準とした、回折や干渉の効果が等価になる１／２波長以下の深さとする。）また１／４波長の光学深さでは原理的にはプッシュプル法によるトラッキング信号振幅はゼロになる。プッシュプル法によるトラッキング誤差信号検出には古くから、問題点が指摘されている。これはトラッキング動作に伴って対物レンズを動かす場合（以下、レンズシフトと呼ぶ）には、光検出器上の光スポットもそれに伴って移動するため、虚偽のトラッキング誤差信号（以下、オフセットと呼ぶ）を生じる問題である。
【０００６】
これを防ぐ方法として提案された方法の１つが、差動プッシュプル法であり、特開昭６１−９４２４６号公報に第２の実施例として開示されている。差動プッシュプル法では、ディスク面上の集光スポットの両側に、２つのサブスポットを案内溝ピッチの１／２だけずらして配置し、中心の集光スポット（以下、メインスポットと呼ぶ）によるプッシュプル信号と、サブスポットのプッシュプル信号の差動信号をトラッキング信号とする。メインスポットとサブスポットで、レンズシフトに伴うオフセットは同極性で発生するが、トラッキング誤差信号はメインスポットとサブスポットが案内溝ピッチの１／２だけずれて配置されているため逆極性となる。このため、それらの差動信号を得ることで、トラッキング信号成分は強調され、オフセットはキャンセルされる。サブスポットの形成には一般に直線上の格子列を持った回折格子が用いられ、その回転調整によりディスク上のサブスポットの位置を調整する。
【０００７】
プッシュプル法における、レンズシフトによるオフセットの発生を防ぐもう１つの方法が、偏光性回折格子を用いる方法である。偏光性回折格子は、異方性光学結晶や液晶などの複屈折性材料により形成した回折格子であって、１つの直線偏光に対しては回折格子として作用し、その直線偏光に直交する直線偏光に対しては、格子の位相差が波長の整数倍となって回折光が生じない機能を持つ。これをλ／４板と一体に形成して、回折光を生じない直線偏光を入射させると、入射光は偏光性回折格子で回折されることなく、λ／４板を透過し、直線偏光が円偏光に変換される。この光が光ディスクなどで反射されて再び偏光性回折格子に入射するとき、先にλ／４板を透過したあとで、入射時と偏光方向が直交する直線偏光に変換されるため、偏光回折格子で回折効果が生じる。これにより往路で回折せず、復路でのみ回折する格子が可能となる。これを用いてプッシュプル法により分割検出されるべき２つの領域の光が異なる方向に回折されるように格子を形成しておき、対物レンズと一体としてトラッキング駆動する。偏光性回折格子で分離されたあとの光を、それぞれレンズシフトがあっても受光領域をはずれない大きさの光検出器で受光すれば、実効的に光束の分割線に対する受光光束の移動はなくなる。これによりオフセットの発生を軽減することができる。しかしこの方法は、差動プッシュプル法に比べ、オフセットの抑圧効果が完全ではない。レンズシフトによるオフセットの発生には、光束を分割する分割線の移動だけでなく、半導体レーザの出射光強度分布がガウス分布をしていることによる対物レンズ光軸と強度分布中心とのずれの影響もある。偏光性回折格子を対物レンズと一体に移動する方法では、前者は解消されても、強度分布中心のずれの影響は残存する。このため、この方法ではプッシュプル信号振幅が小さい場合、具体的には集光スポットに比べて案内溝ピッチが狭い場合、案内溝が浅い場合や、案内溝ピッチに比べて案内溝幅が狭い場合など、残存オフセットが顕著となる場合には不充分な場合がある。
【０００８】
ツインビーム法はディスク上の集光スポットの両側に２つのサブスポットを形成し、これらをメイン集光スポットから案内溝ピッチの１／４だけ左右にずらして配置する。これらのサブスポットの反射総光量が、ディスク上の案内溝とのトラッキング誤差によって生じる変化を検出し、それらの差信号を求めることでトラッキング信号を得る。サブスポットの形成には一般に直線上の格子列を持った回折格子が用いられ、その回転調整によりディスク上のサブスポットの位置を調整する。ツインビーム法は反射光の総光量の変化を検出することでトラッキング誤差を得るため、案内溝の深さは、総光量の変化が最も大きい１／４波長の光学深さのとき、最も検出感度が高い。さらに信号が分布でなく、総光量から得られるため、プッシュプル法で問題になるような、レンズシフトによるオフセットは発生しない。また案内溝上にスポットがある場合と、案内溝間にスポットがある場合との間に、反射光量が異なる必要性から、案内溝幅と案内溝間が同じ幅の場合には原理的に信号がとれない。
【０００９】
位相差法は、ＤＶＤ−ＲＯＭで用いられている方法であるが、ピット列による回折光の干渉効果により、反射光束を４分割した受光光量の対角方向の２領域どうしを加算した２組の信号波形がトラッキング誤差に比例して時間方向に生じる位相差を検出する。この位相差は、ピットの光学深さが１／４波長のときに最も大きく、再生信号振幅が最も大きくなる光学深さと一致する。レンズシフトによるオフセットもピットの光学深さが１／４波長のときには原理的に発生しない。
【００１０】
以上、それぞれのトラッキング方式の特徴から、それぞれの種類のディスクについて適切なトラッキング方式が選択される。
【００１１】
すなわちＤＶＤ−ＲＯＭは、記録密度が高く、信号変調度を大きくとるため、あらかじめ記録されているピットの光学深さを１／４波長としているため、位相差法が適している。ツインビーム法を適用することも可能と考えられるが、位相差法の方が１つのスポットで検出が可能であるため、位相差法が選択される。プッシュプル信号は原理的には信号振幅がゼロになるため、適用できない。
【００１２】
ＣＤ−ＲＯＭは、規格上プッシュプル法でもトラッキング信号をとれるようにするため、ピットの位相深さが１／６波長となっている。そのためレンズシフトのオフセットの影響を考慮すると、ツインビーム法が適している。ただし位相差法でも、信号演算の改良によりオフセットを軽減する方法が開発されている。
【００１３】
ＤＶＤ−ＲＡＭでは、案内溝の幅が案内溝間と同じ幅となっており、案内溝と案内溝間の両方に情報を記録するランドグルーブ方式を用いている。このため、ツインビーム法は用いられないが、案内溝のピッチは下記のＤＶＤ−Ｒなどに比べて広く、プッシュプル信号は十分大きくとれるために偏光性回折格子を用いる方法が一般的である。差動プッシュプル方式の方が、オフセットの抑圧効果は大きいが、記録のために十分な光強度の余裕を確保する上では、１つのビームですむ偏光性回折格子を用いる方法が選択されている。
【００１４】
ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷではランドグルーブ方式に比べると案内溝ピッチが狭く、位相深さの浅い案内溝に記録している。このため偏光性回折格子を用いる方法だと、オフセットの抑圧効果が低下する。またこれらの光ディスクは特に低価格であることをポイントとしているので、ややコストのかかる偏光性回折格子を用いる方法よりは、差動プッシュプル方式の方が選択されることが多い。ただしこれらのディスクは一般に再生時はＤＶＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭと等価であることを意図したディスクであるため、再生時には原理的にＤＶＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭと同じトラッキング方式が適用可能である。
【００１５】
それぞれの光ディスクを記録再生する光ヘッドには、装置の小型薄型化に伴って、小型化が要求されている。たとえば特開平９−１２０５６８にはＤＶＤとＣＤともに再生できるホログラムレーザモジュールが記載されている（第１の従来例）。ホログラムレーザモジュールは半導体レーザと光検出器と、光ディスクからの反射光を光検出器に導くためのホログラムを一体にモジュール化したものである。本従来例においては、ＤＶＤ、ＣＤともにツインビーム法（本従来例中では３ビーム法と呼ばれている）を用いている。一方、ＤＶＤへの記録を想定したモジュール化部品を用いる光ヘッドが特開２００１−１２６２９７に記載されている（第２の従来例）。ここでは半導体レーザと光検出器が一体にモジュール化されているが、ディスクからの反射光を光検出器に導くためのホログラムは対物レンズに一体化され、モジュールとは分離されている。これはＤＶＤ−ＲＡＭなど記録用の光ディスクのトラッキングを想定しているためである。
【００１６】
また先に述べたＤＶＤマルチにおいては、上記全種類のディスクのトラッキングを行なうために、偏光性回折格子を対物レンズに一体に駆動する方法が用いられる見込みである。この場合、レンズシフトによるオフセットが完全には除去されず、トラッキング信号振幅の小さいＤＶＤ−Ｒなどでは影響が残るが、システム全体のマージン配分設計によりカバーする。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１の従来例においては、ツインビーム法を用いてＤＶＤとＣＤのトラッキング制御を行なうため、案内溝幅と案内溝間幅の等しいＤＶＤ−ＲＡＭではトラッキング信号が得られない。また案内溝の浅いＤＶＤ−Ｒ、ＲＷなどでは、トラッキング信号振幅が非常に小さくなる。これらの理由により本従来例は記録用ディスクには適さず、ＤＶＤマルチには適用できない。
【００１８】
上記第２の従来例においては、偏光性回折格子を用いてプッシュプル法によるトラッキング制御を行なうため、ＤＶＤ−Ｒ、ＲＷではレンズシフトによるオフセットが発生する。また対物レンズに一体に偏光性回折格子を搭載する必要があるため、今後の高速化においては、その重量が問題となる。また偏光性回折格子が半導体レーザと光検出器が一体となったモジュールとは独立になっているため、温度や経時変化による、偏光性回折格子とモジュールとの位置ずれが発生する可能性がある。これは集光スポットの焦点制御やトラッキング制御の精度を低下させ、再生信号の品質を低下させる。
【００１９】
ＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−ＲＷなどにおいてもレンズシフトによるオフセットが発生せず、検出光を分岐するホログラム（回折格子）を半導体レーザや光検出器と一体にできる方法としては差動プッシュプル法がある。しかしながら、差動プッシュプル法ではディスク上のサブスポットを案内溝ピッチの１／２だけメインスポットから両側にずらして配置させる必要があるが、ＤＶＤ−ＲＡＭとＤＶＤ−ＲＷではほぼ２倍案内溝ピッチが異なる。ＤＶＤ−ＲＡＭはランドグルーブ方式で、案内溝上にも案内溝間にも情報を記録する方式であり、ＤＶＤ−ＲＷなどは案内溝上のみに記録する方式であり、両方とも記録密度がほぼ等しいため案内溝のピッチはＤＶＤ−ＲＡＭの方が２倍広い。このため差動プッシュプル方式で必要となるサブスポットの位置がＤＶＤ−ＲＡＭとＤＶＤ−ＲＷなどでは異なるため両立が不可能である。
【００２０】
以上の課題に鑑み本発明の目的は、ＤＶＤマルチドライブに適用できる、ホログラムレーザモジュールを用いた、小型で高性能な光再生装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
レーザとしては、異なる波長の光を放出する、２以上の種類のレーザを設ける。ここで、ＣＤとＤＶＤとを再生するためには、赤色半導体レーザと赤外波長半導体レーザとを用いる。また、ＤＶＤとＣＤの両方を記録、再生できる対物レンズも用いる。この対物レンズについては、例えば特開２００１―２４３６５１に記載されている。
【００２２】
光スポットの形成は、以下の通りとする。レーザと対物レンズの間に、上記複数のレーザから放出される光のそれぞれから、光ディスク上に少なくとも５つの集光スポットを形成する手段を置く。これには、たとえば複合型回折格子を用いる。または２次回折光を生じる直線回折格子を用いる。
【００２３】
そして、ディスクを反射したこれら５つの光を、半導体レーザから光ディスクまでの光路から分岐させるための分岐素子を用いる。これには例えば、対物レンズと一体にしない偏光性回折格子を用いる。
【００２４】
さらに前記５つのスポットを検出する光検出器を備える。
【００２５】
まず複合回折格子を用いる場合には、５光スポットのうち２組の２スポットは検出器上では分離が困難となるため、光検出器としては１つの波長に対して３受光部でよい。ただし分岐素子として偏光性回折格子を用いる場合には、半導体レーザをはさんで反対側にも３つのスポットが生じるため、１つの波長に対しては実際上合計６受光部が必要となる。さらにもう１つの波長についても６受光部があるので、２波長に対しては単純には合計１２受光部が必要となる。ただし設計上、半導体レーザに対して片側の受光部が２つの波長で共用が可能である場合には、実際上２波長に対して９受光部で十分となる。上記の９受光部のうち、半導体レーザをはさんだどちらか片側の受光部は、焦点検出やトラッキング誤差検出のために、それぞれ分割光検出器とする必要がある。またもう一方は、分割のない３つの単一受光部にできる。これらのうち、ディスク上５スポットのうちの中心スポットからの光を受光する中央の受光部から、再生信号（Radio Frequency：ＲＦ信号）を得る。ＲＦ信号を単一の受光部から得ることにより、受光部からの光電流を電流電圧変換するアンプのノイズの増大を抑えることができる。半導体レーザに対して片側の６受光部から焦点誤差信号を検出するために、例えば分岐素子として用いる偏光性回折格子に非点収差を有するパターンを用いる場合、６受光部を４分割光検出器とすればよい。反対側の３受光部は、上記に述べたとおり、分割のない光検出領域とできる。ただしすでに述べたように、一般には分割のない受光部は２つの波長に対して合計６つの受光部が必要である。
【００２６】
一方、５つのスポットの形成手段として、２次回折光を生じる直線回折格子を用いる場合には、５スポットが独立のため２波長に対して２０受光部、設計による共用化で１５受光部となる。上記の１５受光部のうち、半導体レーザをはさんだどちらか片側の受光部は、焦点検出やトラッキング誤差検出のために、それぞれ分割光検出器とする必要がある。またもう一方は、分割のない５つの単一受光部にできる。これらのうち、ディスク上５スポットのうちの中心スポットからの光を受光する中央の受光部から、再生信号（Radio Frequency：ＲＦ信号）を得る。ＲＦ信号を単一の受光部から得ることにより、受光部からの光電流を電流電圧変換するアンプのノイズの増大を抑えることができる。半導体レーザに対して片側の１０受光部から焦点誤差信号を検出するために、例えば分岐素子として用いる偏光性回折格子に非点収差を有するパターンを用いる場合、１０受光部を４分割光検出器とすればよい。反対側の５受光部は、上記に述べたとおり、分割のない光検出領域とできる。ただしすでに述べたように、一般には分割のない受光部は２つの波長に対して合計１０の受光部が必要である。
【００２７】
また複合回折格子に合わせて、焦点ずれ検出方法として、スポットサイズ検出法を用いる場合について説明する。この場合、一般に偏光回折格子で単に光を分岐させるのでなく、格子に曲線パターンを用いて光の収束、発散状態を変化させる。このようにして、回折光の焦点の位置を非回折光（０次光）に比べて前後にずらし、ディスク上の焦点と、格子による０次光の焦点が合っているときに、前後にずらした回折光スポットの大きさが同じになるように焦点制御する。このとき通常、焦点前後の光スポットそれぞれを３分割の光検出器で受光する。通常、一様な曲線パターンの偏光回折格子からは、１次回折光とー１次回折光がそれぞれ０次光の焦点前後にずらした回折光が得られる。しかしここでは再生信号を得る検出器を分割検出器とすることを避けるために、偏光回折格子も領域ごとに収束、発散状態の変化が逆向きとなるようにした回折格子を用い、＋１次またはー１次の回折光だけで焦点前後のスポットが同時に得られるようにする。このようにすると半導体レーザをはさんだ片側に、３分割の光検出器が１波長につき２つ、２波長で計４つ必要となり、さらに複合回折格子による±１次回折光からトラッキング信号を受光するための２分割光検出器が１波長につき焦点前後で４つ、２波長で計８つ必要となる。また半導体レーザをはさんだ反対側には、１波長につき複合回折格子の０次、±１次回折光それぞれに対して焦点前後の光スポット計６個、２波長合わせて１２個の光スポットが入射するため、単純には１２個の受光部が必要となる。ただし設計により３つの受光部で２つの光検出に共用することで９個の受光部で検出が可能となる。このようにスポットサイズ法では非点収差法に比べて受光部の数が増える反面、光スポットが案内溝を横切る場合に発生する外乱が少ない特徴がある。
【００２８】
以上のうち、２波長の半導体レーザと、５スポット形成手段と、分岐素子と、受光部は一体にモジュール化する。
【００２９】
上記のような受光パターンを用いれば、再生または記録する媒体としては、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷが可能である。各媒体からのトラッキング信号は、ＤＶＤ−ＲＯＭが位相差法、ＤＶＤ−ＲＡＭが差動プッシュプル法、ＤＶＤ―Ｒ、およびＤＶＤ−ＲＷが記録時は差動プッシュプル法、再生時は差動プッシュプル法または位相差法、ＣＤ−ＲＯＭがツインビーム法、差動プッシュプル法、または位相差法、ＣＤ−ＲおよびＣＤ−ＲＷは記録時が差動プッシュプル法、再生時がツインビーム法、差動プッシュプル法、または位相差法とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００３１】
＜実施例１＞
図１は本発明の光再生装置における基本的な実施形態である。２波長ホログラムレーザモジュール１０１において、２波長半導体レーザ１０２から赤外レーザ光１０３と、赤色レーザ光１０４が放射されている。実際はこれらが同時に放射される必要はなく、必要な一方を放射させればよいが、ここでは図示の都合上、両方を示している。これらの光はそれぞれ回折格子基板１０５上に形成された複合回折格子１０６に入射し、それぞれの波長において図示しない５つのビームに分離される。次にこれらの放射光は偏光性回折格子１０７を透過し、λ／４板１０８より、２波長ホログラムレーザモジュール１０１から放射される。このとき偏光性回折格子１０７に入射する光の偏光方向が偏光性回折格子１０７により回折作用を持たない方向となるように、偏光性回折格子１０７を形成しておく。λ／４板１０８を出射した光は円偏光となってコリメートレンズ１０９に入射し、平行ビームに変換される。このときそれぞれの平行ビームは、２波長半導体レーザでの発光点の間隔に応じて、相対的に角度を持ったビームとなる。
【００３２】
次にこれらのビームは、ＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズ１１０により、それぞれＣＤ１１２とＤＶＤ１１３に集光される。ＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズ１１０の表面には多重輪帯回折格子１１１が形成されている。これはＤＶＤとＣＤの基板厚さの違いによる球面収差の補償と、赤外光におけるＣＤ用集光スポットの開口数（ＮＡ）をＤＶＤでのＮＡより小さい値に制限する開口としての効果を併せ持つ。複合回折格子によって分割された５つの光はディスク上に５つの集光スポットを形成し、後で述べるように、いろいろな種類のディスクに対して安定なトラッキング制御を行うことにその効果を発揮する。
【００３３】
それぞれのディスクで反射された５つの光は再び対物レンズに入射して、同じ光路を戻り、コリメートレンズ１０９により２波長ホログラムレーザモジュール１０１に向けて集光される。λ／４板１０８により、円偏光から、最初のレーザ出射光とは偏光方向が９０°回転した直線偏光に変換される。これにより今度は偏光性回折格子１０７により回折され、半導体レーザからコリメートレンズへの光路から分岐され、光検出器１１４、１１５、１１６に集光される。
【００３４】
このようにディスクに向かう光では光が回折せず、反射して戻る光に対してのみ回折作用が発生するため、不要な光が発生せず、高い光利用効率を得ることができ、大きなレーザパワが必要な記録用光ディスクのための光ヘッドに有効である。偏光性回折格子１０７は単に光の分岐効果だけでなく、集光される光に焦点検出のための効果を与えるような格子パターンとしておく。たとえば図１９に示すような非点収差を与えるような格子パターンとしておくことで、非点収差法による焦点検出を行うことができる。図１９では紙面水平方向を０°として４５°方向の非点収差と、回折光を左右方向に分岐する波面傾きの位相分布を合成して平面波面との干渉縞として計算した。この左右方向がディスクの半径方向に相当するように格子を配置すればよい。光検出器１１４、１１５は、ともに焦点ずれ検出、およびトラッキングずれ検出に用いる光検出器であり、光検出器１１４は回折角の大きい赤外光を受光する光検出器であり、光検出器１１５は回折角の小さい赤色光を受光する光検出器である。２波長半導体レーザ１０２と光検出器１１４、１１５、１１６は同じシリコン基板１１７上に搭載されている。
【００３５】
図２は本発明の２波長ホログラムレーザモジュール１０１の構成図である。ここでは２波長半導体レーザとしては、赤外半導体レーザ２０１と、赤色半導体レーザ２０２がそれぞれ別々に搭載されている例を示している。それぞれの半導体レーザはシリコン基板１１７に搭載されており、端面からの出射光はシリコン基板上１１７に設けられた反射ミラー２０３によって垂直に立ち上げられる。複合回折格子１０６、偏光性回折格子１０７、λ／４板１０８は一体に構成され、レーザモジュールに接着される。このときホログラムの回転調整を行うためレーザモジュールとの接合面の輪郭を円弧状にしている。複合回折格子１０６、偏光性回折格子１０７ともに簡単のため格子領域を示す輪郭線のみを図示している。
【００３６】
図３は図２におけるシリコン基板上の半導体レーザと光検出器の配置例を示す図である。ここでは２波長半導体レーザ１０２は、１つのチップとなっている例を示す。１チップ化されている方が２つの波長の発光点の間隔を狭くすることができ、対物レンズに対する２波長の画角を小さく抑えることができる。対物レンズに入射する光線の画角が大きくなるほど集光スポットに収差を生じてスポット径が増大する。２波長半導体レーザ１０２から放射される赤外レーザ光１０３と、赤色レーザ光１０４は、シリコン基板１１７上に異方性エッチングによって作られた４５°反射ミラー２０３により垂直に立ち上げらている。異方性エッチングにミラーはほかにもガラスのマイクロプリズムミラーを調整して接着することでも同等の効果を得ることができる。２波長半導体レーザ１０２のまわりには光検出器３０１〜３０９が設けられている。光検出器３０１、３０２、３０３は赤外レーザ光の焦点ずれ検出と、トラッキング誤差検出のための光検出器である。一方、光検出器３０４、３０５、３０６は赤色レーザ光の焦点ずれ検出と、トラッキング誤差検出のための光検出器である。ここでは非点収差法による焦点検出と、差動プッシュプル法によるトラッキング検出を想定し、それぞれの受光部は４分割された田の字型の検出パターンとなっている。さらに差動プッシュプル信号検出のためのサブスポットを受光するために、それぞれの波長において各３つずつの４分割光検出領域を必要とする。また光検出器３０７、３０８、３０９は偏光性回折格子により半導体レーザをはさんで反対側に発生する回折光のための光検出器である。こちら側の光検出器は、２波長半導体レーザ１０２の発光点間隔に対して、適切な偏光性回折格子の回折角を選ぶことにより、赤色レーザ光と、赤外レーザ光で同じ光検出器に光が入射するようにすることが可能である。このため図に示す例では右側の受光部は３つのみである。ここで光検出器３０７、３０９はサブスポットのための検出領域、３０８は０次光のための検出領域である。光検出器３０８の出力をＲＦ信号として出力することにより、分割のない単一の受光部の出力がそのまま再生信号に寄与するため、分割して電流電圧変換したあとで加算する場合に比べ、電流電圧変換アンプによる回路ノイズを低減することができる。このためＳ／Ｎ比の高い信号検出が可能となり、今後の転送速度の高速化にも有効である。光検出器３０７、３０９はＣＤのトラッキングにおいてツインビーム法を用いる場合に使用する。
＜実施例２＞
図４は複数の種類のディスクに対するトラッキング検出の方法を示す表である。ディスク種別において、ＲＡＭ１はＤＶＤ−ＲＡＭの第１世代（２．６ＧＢ／面）、ＲＡＭ２はＤＶＤ−ＲＡＭの第２世代（４．７ＧＢ／面）、ＲＯＭ／Ｒ／ＲＷはＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷであり、案内溝ピッチが等しいため、模式的に１つの欄で示している。ここで、案内溝ピッチとは、所定の案内溝の中心線と、この所定の案内溝に隣接する案内溝の中心線との距離を意味する。ＴＲ検出方式の欄の略称のうち、ＤＰＰは差動プッシュプル法（Differential Push-Pull）、ＤＰＤは位相差法（Differential Phase Detection）である。ディスク面上スポット配置欄の縦長の長方形は案内溝を意味しており、それぞれの種類のディスクにおける相対的なピッチの違いを示している。またそれらに重ねて示している５つの円が本発明による５つのサブスポットの配置を示している。
【００３７】
これらの５つのスポットはそれぞれのディスクですべて必要となるわけではなく、５つのスポットを独立して検出し、それぞれのディスクで必要なスポットを選択してトラッキングの信号演算を行なうことが望ましい。しかし、すべてのスポットを独立に検出するためには受光部の数が増大し、光検出器の出力ピン数が増え、検出器サイズが大型化する問題がある。一方、図４の５つのスポットのうち半径方向に並んだ黒丸とグレーの丸のスポットとの間隔は、実際上、白丸のメインスポットとの間隔に比べ狭いため、黒丸とグレー丸のスポットを検出時に空間的に分離することはできない。
【００３８】
図２０に、検出器上のスポットの概略図を示す。メインスポットとサブスポットは検出器上で確実に分離するため、ディスク面上では２０〜３０μｍ程度離れて配置させるのに対して、黒丸とグレー丸のスポットの間隔はディスク面上で１μｍ程度である。対物レンズ焦点に対する検出面上の結像倍率は通常５〜６倍なので、検出器上の黒丸とグレー丸の間隔は５〜６μｍである。一方、検出器上のスポットサイズは、非点収差焦点検出方式の場合、ジャストフォーカス状態で検出器上で６０〜７０μｍ程度のため、検出器上ではほとんどオーバーラップして空間的に分離はできない。本発明ではこれが差動プッシュプルトラッキング方式の信号演算で、不要なスポットの影響がキャンセルされる。
【００３９】
差動プッシュプル方式はディスク面上のメインスポットの両側に、ディスクの案内溝ピッチの１／２だけ半径方向両側にずれた位置に２つのサブスポットを配置し、合計３つのスポットからプッシュプルトラッキング信号を同時に検出するものである。このとき２つのサブスポットのトラッキング信号は加算し、その和がメインスポットと同じ信号振幅となるように係数を乗じた上でメインスポットのトラッキング信号から差し引くことでトラッキング信号を得る。トラッキング信号は案内溝ピッチ１周期分のスポットのトラッキング誤差に対して、１つの正弦波状の信号が得られることから、案内溝ピッチの１／２だけずれて配置されたサブスポットからのトラッキング信号は同時に得られるメインスポットのトラッキング信号と位相が１８０°反転する。これらを差し引くためトラッキング信号は互いに強め合うことになる。ここでトラッキング動作に伴い、対物レンズが半径方向に動く場合に、プッシュプルトラッキング信号にはＤＣ的なオフセットが発生する。これはディスクからの反射光束を接線方向の直径で分割して検出し、プッシュプル信号演算を行なう場合に、光束に対して分割線が動くためである。オフセットが発生すると、本来トラッキング誤差が０の場合に０になるべき信号が０にならないことにより、正確なトラッキングができなくなる。オフセットの発生は上記の互いに位相が反転したメインスポットとサブスポットのトラッキング信号に対して同符号で加わるため、差の演算を行なうときに相殺される。これによりプッシュプル信号のオフセットが除去され、レンズが動いても正確なトラッキングが可能となる。本発明では１つの光ヘッドにおいて、案内溝ピッチが約２倍異なる少なくとも２種類のディスクに対して差動プッシュプル方式によるトラッキング信号検出を行なうため、２つのサブスポットに加えて、もう１組のサブスポットを用いる。したがって合計５つのサブスポットを用いる。
【００４０】
図４のサブスポット位置の欄で、「理想」の欄は当該ディスクに差動プッシュプル法を適用する上で、メインスポットに対する理想的なサブスポットの半径方向の相対位置を下線つきの数字で示している。またもう一方の下線のない数字は他のディスクとの兼ね合いでやむを得ず必要となり、検出器上で空間的に分離できないサブスポットの影響が、差動プッシュプル法の演算においてキャンセルできる位置を示す。
【００４１】
たとえば第１世代ＤＶＤ−ＲＡＭ（ＲＡＭ１）に差動プッシュプル法を適用する場合に必要なサブスポットの半径方向相対位置は案内溝ピッチの１／２、すなわち０．７４μｍである。このサブスポットを、図中、黒丸で図示した。一方、ＤＶＤ―ＲＷなどに用いるが本来ＤＶＤ−ＲＡＭには不要サブスポットは図中グレーの丸で示した。このスポットがＤＶＤ−ＲＡＭの案内溝ピッチの１／４、すなわち０．３７μｍの位置にあるとき、２つのサブスポットどうしの間隔が０．７４μｍとなり、それぞれの不要サブスポットからのプッシュプル信号の位相がちょうど反転する。したがって差動プッシュプル方式の演算を行うために、まずそれぞれのサブスポットのプッシュプル信号を互いに加算するときに、これらの不要なサブスポットの影響はキャンセルできる。第２世代ＤＶＤ−ＲＡＭ（ＲＡＭ２）も、案内溝ピッチが１．２３μｍと細かくなっている点が異なるが、差動プッシュプル方式で用いるサブスポットの理想位置が案内溝ピッチの１／２であること、不要サブスポット位置が案内溝ピッチの１／４であれば演算で影響がキャンセルできることは、上記ＲＡＭ１と同様である。
【００４２】
また、ＤＶＤ−Ｒ、ＲＷに対しては案内溝ピッチが０．７４μｍであるため、差動プッシュプル方式の演算を行う場合に必要なサブスポットの理想位置は０．３７μｍである。したがって今度はグレーの丸が理想位置となり、このスポットからメインスポットのプッシュプル信号とは極性の反転したプッシュプル信号が得られる。このときＤＶＤ―ＲＡＭには必要だが、Ｒ、ＲＷには不要なサブスポットが０．７４μｍの位置、すなわち黒丸の位置にある場合、これらはメインスポットからちょうど案内溝ピッチだけ離れた位置にあるため、これらの不要スポットからは、メインスポットと同じ極性のプッシュプル信号を生じる。したがって黒丸とグレー丸のサブスポットのプッシュプル信号どうしは、ちょうど極性が反転することになり、２種類のサブスポット同士の加算により、プッシュプル信号がキャンセルされオフセットのみが残る。したがって結局通常の差動プッシュプル方式の演算を行うと、オフセットのあるメインスポットのプッシュプル信号から、オフセットだけが差し引かれて、正確なトラッキング信号が得られることになる。つまり、黒丸のスポットのプッシュプル信号とグレー丸のプッシュプル信号がすべて加算された段階でトラッキング信号はすべて相殺されてオフセットだけが残り、メインスポットとの差動演算を行なうときに、オフセットだけがキャンセルされる。ここで、ＤＶＤ−ＲＯＭについてはすでに説明したように、ピットの光学深さが１／４波長であるため、プッシュプル信号は原理的にはほとんど得られない。したがって従来から用いられている位相差法を用いる。これはメインスポットを４分割検出器で受光することで得られる。またＤＶＤ−Ｒ、ＲＷについてもデータを記録した後については、基本的にＤＶＤ―ＲＯＭとして再生専用機で再生できるようにされているため、位相差法によりトラッキングを行なうことが可能である。ただし記録時は位相差法によるトラッキングで必要なピットがないため、差動プッシュプル法が必要である。
【００４３】
またＣＤについては差動プッシュプル方式と、ツインビーム方式の両方の適用の可能性が考えられるが、差動プッシュプル方式を適用する場合には図から明らかなように上記のＤＶＤ−ＲＡＭと同様の考察が適用できる。一方ツインビーム方式においては、案内溝ピッチの１／４のサブスポット位置が最適であるため、そのちょうど２倍の値の位置にあるサブスポットの影響を除去する必要がある。不要なサブスポットは案内溝ピッチの１／２の位置であるため、メインビームからの信号に対して極性の反転した信号を与える。これはメインビームをはさんだ両側のサブスポットについて同様である。したがって２つのサブスポットの総光量どうしの減算を行うツインビームの演算において、ともにメインビームを反転した信号を与える２つの不要なサブスポットの影響は互いにキャンセルされる。つまり図４の４つのサブスポットのうち、上の黒丸とグレー丸の和と、下の黒丸とグレー丸の和をとり、これらの差をとってツインビーム方式のトラッキング信号を得る場合、案内溝に対して２つ黒丸スポットの相対位置が同じであるため、これらは互いにキャンセルする。またＣＤ−ＲＯＭについては、すでに述べたようにピットの光学深さが１／４波長よりやや浅いが、位相差を適用することも可能である。この場合にはＤＶＤ−ＲＯＭと同様にして、メインビームを４分割光検出器で受光することにより得られる。ＣＤ−Ｒ、ＲＷについては再生時は基本的に再生専用機でＣＤ−ＲＯＭと同等に再生ができることが前提のため、ＣＤ−ＲＯＭと同様にツインビーム法、差動プッシュプル、位相差法の適用が可能である。記録時についてはピットがない段階であるため、案内溝による差動プッシュプル方式を用いることが必要である。
【００４４】
以上の観点においてそれぞれ理想的な、必要サブスポットと不要サブスポットの位置を求め、これらの平均的なスポット位置として赤色レーザにおいて０．６８μｍ、０．３４μｍを２種類のサブスポット位置とした。それがサブスポット位置の本発明の欄に示されている。このときこれらの位置のサブスポットが赤色レーザ光で実現される回折格子に、赤外レーザ光を入射させた場合のサブスポット位置は、波長の比によりそれぞれ、０．８２μｍ、０．４１μｍとなる。これらが理想的な値に対してずれていることによりどの程度、その効果が低減するかは後で示すように、スカラー回折シミュレーションにより確認した。
【００４５】
ここで焦点検出方法については、これまであまり述べてこなかったが、これについても古くから指摘されていた課題として、アドレスシーク時など、焦点制御を行いながら光スポットが案内溝を横断する場合に焦点ずれ信号に発生する外乱の問題がある。これについてもディスクの案内溝の形状に対して適切な方式を選択する必要があるが、ここでは外乱キャンセル型の非点収差方式を用いる。非点収差方式は一般に外乱の影響を受けやすい方式であるが、差動プッシュプル方式と組み合わせる場合には、サブスポットから得られる非点収差方式の焦点ずれ信号と加算することで外乱がキャンセルされる。これについても外乱の低減効果をスカラー回折シミュレーションにより確認した。また焦点ずれ検出方式については特に非点収差方式に限定されるわけではなく、スポットサイズ検出法や、ナイフエッジ法を用いることも可能である。
【００４６】
図５は以上のような効果を得るための複合回折格子１０６のパターンの例である。光束に対して帯状にＤＶＤ−ＲＡＭでの差動プッシュプルに適したサブスポットを形成する領域と、ＤＶＤ−Ｒ、ＲＷで適したサブスポットを形成する領域が交互に設定されている。帯状領域であってもプッシュプル信号が得られるように、領域の境界線はディスクの半径方向に平行となっている。
【００４７】
図６に受光部とそこからの配線パターン、および信号演算方法を示す。基本的に図３の上面図において結線を詳細に示した図である。シリコン基板１１７に、エッチングミラー２０３を異方性エッチングで作成し、２波長半導体レーザ１０２からの出射光を紙面垂直方向に立ち上げる。網掛けした領域は受光部、白抜きの正方形はワイヤボンディングのためのパッドである。図左側の縦３つの４分割検出領域の２列が、左から赤外光用、赤色光用の、焦点誤差、トラッキング誤差信号検出受光部、右側の縦３つの受光部の中段が再生信号用光検出器、上下がツインビーム法によるサブビーム検出用光検出器、レーザ２０３の上の横長の受光部がモニタ光検出用の受光部である。モニタ光は光ディスクからの反射光を受光するのでなく、４５°エッチングミラーから垂直に立ち上がって、ホログラム表面などで反射されて戻る光を、出射光の光量モニタ信号として検出される。各受光部は出力信号線数を削減するために、赤色レーザ光の受光部と対応する赤外レーザ光の受光部が結線されている。ただし、ここでは結線を容易にするために、赤色レーザ光と、赤外レーザ光で各４分割受光領域の左右が反転した領域どうしを結線した。したがって上下で極性の異なるトラッキング信号には影響がないが、左右の隣接領域で信号極性の異なる焦点誤差信号では、赤色レーザ光の場合と、赤外レーザ光の場合で、焦点ずれに対する検出信号変化の極性が逆になる。したがって焦点サーボ制御を行う場合にはそれぞれ制御の極性を互いに反転させるようにスイッチングする必要がある。受光部の周辺に示すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ１，Ｆ２，Ｇ１、Ｇ２，Ｈ，Ｍｏｎ，ＲＦ，Ｔ１，Ｔ２はパッドに対する信号線名とし、これらを用いて図下に信号演算式を示した。（ＤＰＤ）の演算においてPhase（）の演算は信号の時間方向の位相に相当する関数と定義する。この状態からさらに出力信号線数を削減するには基板内にダミーのボンディングパッドを設け、そこを経由して結線できる端子同士を接続してから、図示しない基板外の端子にワイヤボンディングすればよい。このようにして、最小限の信号線数にすれば、赤色用受光部と赤外用受光部、１次回折光受光部とー１次回折光受光部のそれぞれ対応する端子同士の接続により、焦点（ＡＦ）、差動プッシュプルトラッキング検出系（ＤＰＰ）で８本、ツインビームトラッキング検出系（ＴＢ）で２本、ＲＦ系で１本、合計１１本の信号線数が可能である。基本的に縦３つの４分割受光部のうち、上下２つのサブビーム検出用の受光領域は、基本的に受光される信号が等価であるため、予め結線が可能である。したがってメインビームの出力が４本、サブビームの出力が４本で計８本となる。ツインビームの出力はサブビームの分割が不要のため、出力線数が２本となる。ＲＦ信号は、分割のない単一の受光部の出力がそのまま再生信号に寄与するため、分割して電流電圧変換したあとで加算する場合に比べ、電流電圧変換アンプによる回路ノイズを低減することができる。
【００４８】
図７、図８、図９、図１０はシミュレーションにより、トラッキング信号におけるレンズシフトによるオフセットの低減効果を確認するために、図４，５、６に示した系において４種類のディスクに対して、３００μmのレンズシフトを加え、メインスポットのプッシュプル信号（グラフ凡例：メイン）と、サブスポットのプッシュプル信号（グラフ凡例：サブ和）、およびそれらの差の演算（差動プッシュプル）（グラフ凡例：メインーサブ和×Ｇ）を行った結果である。いずれも差動プッシュプル法によりオフセットがキャンセルされていることがわかる。ただしＣＤについては差動プッシュプルの場合にオフセットはキャンセルされるものの、信号の対称性があまりよくなく、合わせて計算したツインビーム法（グラフ凡例：３ビームＴＲ）による信号の方が対称性がよい。
【００４９】
一方、図１１、１２，１３，１４は従来の非点収差焦点ずれ検出方式における４５°方向の非点収差０．２λがある場合の、焦点ずれ信号の案内溝による外乱の影響の計算結果である。横軸はディスク上スポットのデフォーカス、縦軸は焦点ずれ信号であり、トラックに対するスポット位置ずれを案内溝周期の中で等間隔に４点変えて計算した。それぞれの焦点ずれ信号のずれが外乱に相当する。いずれのディスクの種類においても、外乱が発生していることがわかる。
【００５０】
図１５，１６，１７，１８は図１１乃至１４と同様の条件において、差動プッシュプル法によるサブスポットの焦点ずれ信号を加算した結果である。図１１乃至１４で見られた外乱がキャンセルされていることがわかる。
＜実施例３＞
図２１は図１、図２に用いる複合回折格子１０６の他の実施形態である。ここではディスク面上に５つのサブスポットを形成するために、格子の位相が周期的にずれている格子２１０１を用いる。図中、網掛けされている帯状の領域が格子の凹凸や濃淡が変化している領域を意味する。格子の位相ずれとは隣接する格子との格子のずれが格子の周期に対して１／２の時が１８０°とする。図ではほぼ１８０°となっているが、位相の値については後で図２３において確認する。格子の位相が一様になっている幅は、格子位置における対物レンズ有効径に相当する光束径をＤ、波長をλ、ディスク上の隣接する２つのサブスポットの間隔ｐ、対物レンズの開口数ＮＡとするとき、Ｄλ／（２ｐＮＡ）で与えられる。このような周期的な格子位相変化はサブビームにのみ影響し、メインビームには影響しない。このような格子でサブスポットが２つに分離するのは、サブスポットを形成する光束に格子の位相変化分の位相シフトが加わるためである。すなわち位相がずれた光が干渉する結果、中心部の光量が０になり、スポットが２つに分離するのである。
【００５１】
図２２はこのような格子を用いたときのディスク面上のスポット配置である。（ａ）がＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ、（ｂ）がＤＶＤ−ＲＡＭ（ＲＡＭ１）である。ともに図４と同様のスポット配置を意図する。
【００５２】
図２３は格子の位相ずれを変えてサブスポットの分布を計算したものである。計算は波長６５０ｎｍ、ＮＡ０．６５、サブスポット間隔１μｍで行なった。これによれば位相ずれは６０°、ないし１６０°近辺がよいことがわかる。
【００５３】
図２４はこのときのメインスポットとサブスポットの配置を示す図である。メインビームの両側に２つのサブスポットが２組配置される。
＜実施例４＞
図２５は複合回折格子の代わりに用いる２次回折光を生じる回折格子２４０１の実施形態である。回折格子が２次回折光を生じるためには格子の幅ｗが格子のピッチｐの１／２よりも小さいか、大きければよい。
【００５４】
図２６は２次回折光を生じる回折格子２４０１を用いる場合のディスク面上集光スポット分布である。５つのスポットが直線上にならんでおり、±１次回折光がＤＶＤ−Ｒ／ＲＷの差動プッシュプル信号検出を行うサブスポット、±２次回折光がＤＶＤ−ＲＡＭの差動プッシュプル信号検出を行うサブスポットである。
【００５５】
図２７は２次回折光を生じる回折格子２４０１を用いる場合のレーザモジュール上の光検出器と配線接続を示す図である。受光領域は網掛けし、白抜きの正方形はボンディングパッドである。図中左側欄外のＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、などの記号は出力する信号線名である。これらを用いて信号演算は図下の式のように行う。ここでは２種類のサブスポットが分離でき、２種類のディスクに最適なサブスポットを独立して検出できるので、焦点ずれ信号、トラッキング信号とも、ＲＷでは０次と±１次光を選択し、ＲＡＭでは０次と±２次を選択する。これによりそれぞれのディスクで最適な差動プッシュプル演算を行うことができる。図中右側の光検出器は０次光がＲＦ信号、±１次光がＣＤにおけるツインビーム検出を行う場合の実施形態である。しかしながらこの方式では信号線数が格段に多くなるため、素子が大型化する恐れがあり注意を要する。
＜実施例５＞
次に図１、図２の光ヘッド、レーザモジュールにおいて、焦点ずれ信号としてスポットサイズ検出方式を用いる場合の実施例を説明する。このスポットサイズ検出方式は、受光部の数が、非点収差法を用いる場合よりも増える反面、すでに述べた非点収差法のように、光スポットが案内溝を横断する場合に発生する外乱が大きくなく、特に外乱のキャンセルをしなくとも、ＲＡＭ１，ＲＡＭ２、ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ、ＣＤ、ＣＤ−Ｒのいずれにも用いることができる。
【００５６】
図２８は偏光回折格子の実施形態である。ここでは基本的に±１次回折光の収束状態を０次光から互いに逆方向に変化させ、ディスク面上の集光スポットに焦点ずれがあった場合の検出スポットの大きさが非対称に変化する効果を用いて焦点検出を行う。偏光回折格子２８０１の格子パターンは４領域に分かれており図中右上と左下の１／４領域と、左上と右下の１／４領域で回折光に加わるレンズ効果の符号が異なる格子パターンとなっている。すなわち右上と左下が回折格子を収束気味に変化させる場合、左上と、右下は発散気味に焦点を変化させる。
【００５７】
図２９はレーザモジュールの検出器パターンと、配線図である。網掛けされた領域が受光部、白抜きの正方形がボンディングパッドである。シリコン基板２９０１に異方性エッチングにより４５度反射ミラー２０３が作りつけられており、その前面に赤外半導体レーザチップ２９０２と、赤色半導体レーザチップ２９０３が実装されている。ここで２つの半導体レーザチップが独立となっているのは、焦点ずれ検出における波長ずれの影響がスポットサイズ検出方式の方が非点収差検出方式より、少なくなるため、発光点の間隔を広げられるからである。そのため半導体レーザチップとしてはそれぞれの波長専用で作られたものを実装すればよく、２波長がモノリシックに一体化された半導体レーザを用いるよりも歩留まりが向上する。検出器は４５°エッチングミラーに対して左側が、焦点検出とトラッキング検出用の光検出器、右側が再生信号検出、およびツインビーム法によるトラッキング信号検出のための光検出器である。左側の検出器はミラーに近い側の２列が赤色半導体レーザ光用の光検出器、遠い側の２列が赤外半導体レーザ光用の光検出器である。それぞれ２列の右側が、図２９の偏光回折格子２９０１の右上と左下の領域から回折される光を受光する領域、左側が回折格子２９０１の左上と右下の領域から回折される光を受光する領域である。図中、検出器上にはディスク面上の焦点がジャストフォーカス状態にある場合の受光光束を蝶型のパターンで示している。これらはディスク上の焦点がデフォーカスを生じると、その方向により右側と左側のスポットサイズの変化が逆向きとなる。
図３０に焦点ずれに対するスポット変化と受光信号の様子を示す。すなわちたとえば前ピン状態で２列の左側の分割検出器３００１の上のスポット３００４が小さくなるとき、右側の分割検出器３００２はスポット３００５が大きくなる方向に変化する。それぞれの検出器は上下３段に分割されており、左側の上段と下段が、右側の中段と結線され、左側の中段は右側の上段と下段に結線されている。これにより差動増幅器３００３の出力信号がプラスの信号を出力する。ジャストフォーカスの状態では、これらがバランスするため出力信号は０となり、後ピン状態になると、デフォーカスのしかたが前ピンと逆になり、右側が小さくなり、左側が大きくなる。そのため出力信号がマイナスとなる。このようにして焦点ずれがスポットサイズの変化により検出できる。
【００５８】
図２９において、一方、トラッキング信号は、０次光については３分割受光部の上段と下段の差から求められる。サブスポットは±１次回折光両方とも中心で上下に分割された２分割検出領域で受光されるが、それぞれのトラッキング信号は同様にして上下の差動信号により得られる。本来トラッキング信号は受光光束のディスク半径方向両側の光量のアンバランスで得られるが、ここでは図のように蝶型に光が分割され検出面上でもともとスポットが前ピン状態と、後ピン状態にあることから、上下の分割出力の差動信号でプッシュプル信号が得られる。したがってそれぞれのプッシュプル信号の差から差動プッシュプル信号が得られる。
＜実施例６＞
次にレーザモジュールを用いない光学系において本発明を用いる実施形態について説明する。
【００５９】
図３１に光学系のモデル図を示す。赤色半導体レーザ３００１からの光は複合回折格子３００３を透過して、ビームスプリッタ３００５を反射してダイクロイックプリズム３００６を透過し、コリメートレンズ３００７で平行光とされ、立ち上げミラー３００８を反射して対物レンズ３００９でＤＶＤ３０１０に集光される反射光は同じ光路をビームスプリッタ３００５まで戻ると、そこを透過して光検出器３０１２で受光される。一方、赤外半導体レーザ３００２からの光は複合回折格子３００４を透過して、ダイクロイックプリズム３００６を反射し、コリメートレンズ３００７で平行光とされ、立ち上げミラー３００８を反射し、対物レンズ３００９でＣＤ３０１１上に集光される。反射光は同じ光路をダイクロイックプリズム３００６まで戻り、これを透過してビームスプリッタ３００５を透過して光検出器３０１２で受光される。受光光束がともに集光光束の状態でビームスプリッタ３００５を透過するときに、非点収差が発生するため、この非点収差により非点収差法による焦点検出を行う。複合回折格子３００３と３００４は、それぞれ図５の複合回折格子１０６か、図２１の複合回折格子２１０１かのいずれかを用いればよい。いずれもそれぞれの波長専用として用いることができるため、光検出器３０１２上で受光部を共用できるように格子ピッチを最適化できる。
【００６０】
図３２は光検出器の検出領域パターンと信号出力、および信号演算のしかたを示す。田の字型の４分割検出領域が３つのスポットに対応して接線方向に３つ配置されている。それぞれの受光部はすでに述べたように、赤色半導体レーザ光と赤外半導体レーザ光で共用する。焦点検出はそれぞれの４分割光検出器による焦点ずれ信号を、加算することで、焦点ずれ信号への案内溝の外乱を抑圧する。差動プッシュプル法の演算は、サブスポットからのプッシュプル信号と、メインスポットからのプッシュプル信号をゲインをあわせた上で差動出力をとる。ツインビーム法によるトラッキング信号検出は、サブスポットの受光部の総和、２つのサブスポットどうしで差をとることで得られる。位相差法によるトラッキング信号は０次光の光検出領域から得られる。
【００６１】
図３３は２波長レーザモジュールを用いたシステム全体構成を示す図である。２波長レーザモジュール１０１を出射した光はコリメートレンズ１０９で平行光とされ、立上げプリズム３００８で反射して、ＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズ１１０で光ディスク３３０２上に集光される。ここで図では赤外レーザチップ２０１のみを発光し、赤色レーザチップ２０２からのレーザ光は便宜上、破線で示している。反射光は同じ光路を戻り、偏光回折格子１０７で回折され、光検出器３３０３、３３０４で受光される。受光した信号は焦点ずれ検出回路３３０７、トラッキング誤差検出回路３３０８によりそれぞれ信号検出され、駆動回路３３１２によりレンズアクチュエータ３３０１を駆動することで、焦点制御とトラッキング制御を行なう。ここで焦点誤差信号のＳ字波形の振幅と、トラッキング信号振幅を制御マイコン３３０９により記録して、メモリ３３１０に保持できるようにしておく。トラッキング誤差検出回路３３０８は制御マイコンからの入力にしたがって、差動プッシュプル、ツインビーム、位相差法の各トラッキング信号を選択して出力できる。また光検出器からの信号は再生信号検出回路３３１１にも入力され、再生信号を出力する。制御マイコン３３０９は再生信号検出回路に対して、ディスクに応じたゲインコントロールの制御を行なうとともに、再生信号をモニタし、最大レベルをメモリ３３１０に保持する。制御マイコン３３０９は焦点信号からディスクがＤＶＤ系かＣＤ系かを判別し、ＬＤドライバ回路３３０６の出力により赤外半導体レーザ２０１を発光させるか、赤色半導体レーザ２０２を発光させるかを、スイッチング回路３３０５により制御する。さらに制御マイコン３３０９は、プッシュプルトラッキング信号振幅や、反射光レベルにより、現在のディスクの種類が何であるかを判別し、トラッキング誤差検出回路３３０８において選択する方式を決定し、トラッキング誤差検出回路を制御する。また選択されたそれぞれのディスクに応じて、スピンドルモータ３３１４の回転数を駆動回路３３１３により制御する。さらにその後の記録再生処理を遂行する。
【００６２】
図３４は図３３のシステムにおける、媒体判別のフローを示す図である。まず赤外ＬＤを点灯し、赤外ＬＤにおける焦点ずれ信号（ＡＦ信号）のＳ字波形の振幅（Ａ１）と、最大反射光量（Ｔ１）を取得し、これらをメモリに保存する。次に発光させるレーザを赤色波長に替え、同様に焦点ずれ信号のＳ字波形の振幅（Ａ２）と、最大反射光量（Ｔ１）を取得し、メモリに保存する。これらの結果から、それぞれ最大光量で規格化された２波長のＳ字振幅を比較し、振幅が大きい方が、正しい波長と判断する。すなわち、ＤＶＤ系では赤色レーザ、ＣＤ系では赤外レーザを用いるのが正しく、ＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズにおいて、それぞれ赤色は基板厚０．６ｍｍ、赤外は１．２ｍｍに最適化された集光スポットが得られる。しかし誤った波長を使用した場合には、集光スポットは波長に応じた最適な厚さとは異なる基板厚さを通して集光されるため、大きな球面収差が発生し、Ｓ字波形の振幅が低下する。これにより正しい波長を選択することができる。次にＣＤ系と判断された場合には、赤色レーザでの反射率を確認する。すなわち発光レーザパワに対して受光した最大光量から、ディスクの反射率が推定できるが、これが５０％以上かどうかにより、ＣＤ−Ｒ／ＲＷか、ＣＤ−ＲＯＭかを判別する。ＣＤ−Ｒは色素の記録膜を有するため、赤外波長（７８０ｎｍ）では７０％近い反射率が得られるが、赤色波長（６５０ｎｍ）では２０％以下に反射率が低下することが、特開平８−５５３６３図１４に示されている。これにより例えばしきい値を５０％とすると、これらのＣＤ−Ｒ／ＲＷを、ＣＤ−ＲＯＭと区別することができる。ＣＤ−Ｒ／ＲＷ系と判別した場合には、焦点制御を行ない、ディスクの制御情報領域を確認し、ディスクがＣＤ−Ｒであるか、ＣＤ−ＲＷであるかを判別する。次にディスクがＤＶＤ系と判別された場合には、赤色ＬＤを点灯し、焦点制御を行なって、プッシュプル信号の振幅を取得する。ＤＶＤ−ＲＡＭはランドグルーブ方式のため、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷよりトラックピッチが広く、得られるプッシュプル信号が反射総光量で規格化して１００％近い。これに対してＤＶＤ−Ｒ／ＲＷはこれが２５％程度となる。このため例えばしきい値を５０％として振幅の大小を判別することにより、ＤＶＤ−ＲＡＭを識別することができる。さらにＤＶＤ−ＲＯＭ、Ｒ、ＲＷの識別のためには焦点制御と差動プッシュプル法によるトラッキング制御を行なった上で、ディスクの最内周領域のコントロールデータを再生することで、最終的な種別の判別を行なう。
【００６３】
図３５は焦点ずれ信号の振幅と反射最大光量の定義を示す図である。ディスク面ぶれによる焦点ずれに対して、合焦位置近傍の焦点ずれ信号はＳ字状の波形を描く。このとき、検出器に入射する光の総和の信号は下のようになり、合焦点近傍で信号が平らな領域で最大値を持つ波形となる。図３４における焦点信号の振幅と、総光量信号の最大値はこのように定義される。
【００６４】
【発明の効果】
ホログラムレーザモジュールを用いてＤＶＤマルチ対応の光ヘッドが実現でき、小型で高性能な光再生装置を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光再生装置における基本的な実施形態。
【図２】本発明の２波長ホログラムレーザモジュール１０１の構成図。
【図３】本発明のシリコン基板上の半導体レーザと光検出器の配置例。
【図４】複数の種類のディスクに対するトラッキング検出の方法を示す図。
【図５】複合回折格子。
【図６】受光部とそこからの配線パターン、および信号演算方法を示す図。
【図７】レンズシフト３００μｍにおけるメインビームのトラッキング信号オフセットの発生と本発明によるその低減効果確認シミュレーション（DVD−RAM1）。
【図８】レンズシフト３００μｍにおけるメインビームのトラッキング信号オフセットの発生と本発明によるその低減効果確認シミュレーション（DVD−RAM２）。
【図９】レンズシフト３００μｍにおけるメインビームのトラッキング信号オフセットの発生と本発明によるその低減効果確認シミュレーション（DVD−R／RW）。
【図１０】レンズシフト３００μｍにおけるメインビームのトラッキング信号オフセットの発生と本発明によるその低減効果確認シミュレーション（CD／CD-R）。
【図１１】非点収差０．２λにおけるメインビームでの焦点ずれ信号の案内溝による外乱のシミュレーション結果（DVD−RAM1）。
【図１２】非点収差０．２λにおけるメインビームでの焦点ずれ信号の案内溝による外乱のシミュレーション結果（DVD−RAM２）。
【図１３】非点収差０．２λにおけるメインビームでの焦点ずれ信号の案内溝による外乱のシミュレーション結果（DVD−R／RW）。
【図１４】非点収差０．２λにおけるメインビームでの焦点ずれ信号の案内溝による外乱のシミュレーション結果（CD／CD-R）。
【図１５】図１１に対する本発明による外乱の低減効果確認シミュレーション結果（DVD−RAM1）。
【図１６】図１２に対する本発明による外乱の低減効果確認シミュレーション結果（DVD−RAM２）。
【図１７】図１３に対する本発明による外乱の低減効果確認シミュレーション結果（DVD−R／RW）。
【図１８】図１４に対する本発明による外乱の低減効果確認シミュレーション結果（CD／CD-R）。
【図１９】非点収差のある偏光性回折格子パターン。
【図２０】図３の検出器上の５スポットの配置。
【図２１】複合回折格子の他の実施形態。
【図２２】複合回折格子の他の実施形態を用いる場合のディスク面上スポット配置。
【図２３】複合回折格子の位相差によるサブスポット形状。
【図２４】複合回折格子による回折光。
【図２５】２次回折光を生じる直線回折格子。
【図２６】２次回折光を生じる直線回折格子を用いた場合のディスク面上スポット配置。
【図２７】２次回折光を生じる直線回折格子を用いた場合のレーザモジュール検出器パターン。
【図２８】スポットサイズ焦点検出法を用いる場合の偏光性回折格子パターン。
【図２９】スポットサイズ焦点検出法を用いた場合のレーザモジュールの実施形態。
【図３０】スポットサイズ焦点検出法を説明する図。
【図３１】レーザモジュールを用いない従来光ヘッドに本発明を適用する実施形態。
【図３２】図３１の光検出器の受光部パターンと信号演算を示す図。
【図３３】本発明のレーザモジュールを用いたシステム構成図。
【図３４】媒体判別のためのフローチャート図。
【図３５】焦点ずれ信号振幅と総光量最大値の定義を示す図。
【符号の説明】
１０１‥‥２波長ホログラムレーザモジュール、１０２‥‥２波長半導体レーザ、１０３‥‥赤外レーザ光、１０４‥‥赤色レーザ光、１０５‥‥回折格子基板、１０６‥‥複合回折格子、１０７‥‥偏光性回折格子、１０８‥‥λ／４板、１０９‥‥コリメートレンズ、１１０‥‥ＤＶＤ／ＣＤ互換対物レンズ、１１１‥‥多重輪帯回折格子、１１２‥‥ＣＤ、１１３‥‥ＤＶＤ、１１４‥‥光検出器、１１５‥‥光検出器、１１６‥‥光検出器、１１７‥‥シリコン基板、２０１‥‥赤外半導体レーザ、２０２‥‥赤色半導体レーザ、２０３‥‥反射ミラー、３０１、３０２、３０３‥‥赤外半導体レーザ光のための焦点ずれ検出、トラッキング検出用光検出器、３０４、３０５、３０６‥‥赤色半導体レーザ光のための焦点ずれ検出、トラッキング検出用光検出器、１９０１‥‥偏光性非点収差回折格子、２１０１‥‥格子の位相が周期的にずれている格子、２４０１‥‥２次回折光を生じる直線回折格子、２８０１‥‥スポットサイズ焦点検出用偏光回折格子パターン、２９０１‥‥シリコン基板、２９０２‥‥赤外半導体レーザ、２９０３‥‥赤色半導体レーザ、３００１‥‥赤色半導体レーザ、３００２‥‥赤外半導体レーザ、３００３‥‥赤色半導体レーザ用複合回折格子、３００４‥‥赤外半導体レーザ用複合回折格子、３００５‥‥ビームスプリッタ、３００６‥‥ダイクロイックプリズム、３００７‥‥コリメートレンズ、３００８‥‥立ち上げプリズム、３００９‥‥対物レンズ、３０１０‥‥DVD、３０１１‥‥CD、３０１２‥‥光検出器、３３０１‥‥レンズアクチュエータ、３３０２‥‥光ディスク、３３０３‥‥光検出器、３３０４‥‥光検出器、３３０５‥‥スイッチング回路、３３０６‥‥ＬＤドライバ回路、３３０７‥‥、３３０８‥‥トラッキング誤差検出回路、３３０９‥‥制御マイコン、３３１０‥‥メモリ、３３１１‥‥再生信号検出回路、３３１２‥‥アクチュエータ駆動回路、３３１３‥‥駆動回路、３３１４‥‥スピンドルモータ。

Claims

トラックピッチの異なる複数種の媒体に記録された情報を、光を前記媒体に照射することによって、再生する装置であって、
複数種の波長の光を発生させる光源と、
前記光を媒体に集光するレンズと、
前記光源と前記レンズの間に設けられ、前記媒体に照射するための前記複数の波長の光のうち１の波長の光から、５つのスポットを形成する手段と、
前記媒体からの前記５つのスポットの反射光を検出する光検出器とを備え、
前記５つのスポットは、メインスポットと、極性が反転した第１の２つのサブスポットと、極性が反転した第２の２つのサブスポットとからなり、前記第１の２つのサブスポットのプッシュプル信号と、前記第２の２つのサブスポットのプッシュプル信号とを加算し、その後、前記メインスポットのプッシュプル信号と差分をとることによって、トラッキング信号を得ることを特徴とする光再生装置。