光读写头 本发明涉及光盘装置使用的光读写头，特别是其光点位置控制信号检测的高性能化技术。
光盘装置中的焦点位置控制方法的先有技术，记载在例如角田义人监修、日本电子情报通信学会编的「光ディスクストレ-ジの基础と应用」的初版(平成7年、コロナ社)的79～83页。根据该技术，有付科方式(刀口方式)、非点象差方式、光束尺寸检测方式、像旋转方式等，但是，根据光学系统的简单性、容易调整性、和与跟踪检测的组合容易性等方面考虑，现在，最一般的是非点象差方式。然而，在非点象差方式中，伴随光盘的偏心，在记录膜面上光点横切光道时容易发生焦点偏离信号中的干扰。特别是在聚焦光点发生非点象差时或在光检测器上光点发生偏离时，容易发生这种干扰。作为降低这种干扰的方法，有例如遮挡检测光束的中心部的方法(JP-A-6-162527及JP-A-6-309687)、利用物镜的旋转调整而降低的方法(JP-B-5-68774)、在检测系统中利用有非点象差的光与无非点象差的光地运算而降低干扰的方法(JP-A-5-197980)，但是，不论哪种方法，都不是根本的解决方法，从而不一定能获得足够的降低效果。
另外，在最近预定实现产品化的DVD-RAM中采用的脊凹槽型的光盘中，这种干扰特别大。这是由于在脊凹槽型的光盘中，导引槽(凹槽)的宽度与导引槽间(脊)部分的宽度基本上相等，在其双方记录信息，导引槽本身的间距与光点相比，比先有的光盘大，所以，利用后面所述的推拉方式的跟踪信号本来非常大。因此，在DVD-RAM用的光读写头中，不得不使用结构及调整复杂的光束尺寸检测方式和付科方式。
光盘装置中的跟踪控制方法的先有技术，同样记载在例如角田义人监修、电子情报通信学会编的「光ディスクストレ-ジの基础と应用」的初版(平成7年、コロナ社)的83～92页。根据该技术，有3光点型、衍射光差动型(推拉方式)等。在compactdisk(CD)等的再生专用型中，根据光学系统的简单性、调整的容易性、抗干扰的强度等方面考虑，采用3光点型，在光磁盘及DVD-RAM等记录时需要大的激光发光功率时，主要采用推拉方式。这时，有时对于CD不能使用推拉方式，对于可记录光盘不能使用3光点型。
在CD读写头中，根据低价格的必要性，如下地对付光盘的偏心，即为了追随聚焦光点，将物镜搭载到调节器上使其移动。于是，如果使用推拉方式，由于检测光束在光检测器上移动了，所以，它就呈现为偏移状态。另外，在再生专用的光盘中，在信号振幅最大的λ/(4n)(λ：光波长，n：基板折射率)的凹坑深度处，在由半径方向的凹坑串的周期结构引起的衍射光中，0级光减小，而且即使聚焦光点偏离光道，0级光和±1级衍射光的干涉强度也不会发生不平衡，从而不能获得跟踪信号。
另一方面，在可记录光盘特别是光磁盘中，通常光盘的偏心的补偿用称为粗调调节器的调节器来进行，其只搭载光读写头乃至物镜和调节器部分，使光点接近目标光道附近。即，在跟踪误差中，用粗调调节器补偿低频成分，用物镜调节器补偿高频成分。以此来提高记录动作所需要的可靠性。因此，由于物镜调节器的移动量比CD等的小，所以，可以采用光利用效率比3光点型高的推拉方式。
另外，如果在可记录光盘中使用3光点型，则如日本光メモリシンポジウム’86论文集(1986年)127页所述的那样，存在以下问题。首先，在利用DVD-RAM那样的记录标记的反射率变化进行记录的光盘中，在记录动作时，先行子光点和后行子光点的光量发生变化，从而跟踪信号发生偏移。另外，在光磁盘情况时，由于有向半导体激光的反馈光，所以，由于盘倾斜而散射光的干涉状态在两侧的子光点上不平衡，仍然发生偏移。此外，对于DVD-RAM，如上所述，也可以举出使用脊凹槽型的光盘而不使用3光点型的理由。即，在脊凹槽型的光盘中，仍然是为了使脊部和凹槽部的反射光量相等而使其宽度相等，所以，必然是即使光点偏离光道光量也几乎不发生变化，不会获得3光点型的跟踪信号。因此，在DVD-RAM中，不得不使用推拉方式，但是，与光磁盘不同，在DVD-RAM中，需要获得像CD那样的低价格，必须降低伴随在推拉方式中的物镜移动的跟踪信号。
解决DVD-RAM中的这一问题的先有的技术，记载在例如“NationalTechnical Report”40卷6号(1994年)771页～778页上。这里，将物镜、λ/4波片和偏振衍射光栅以一体化的方式搭载到二维调节器上，构成偏振衍射光栅，以使盘引起的衍射光的+1级衍射光和-1级衍射光与0级光的干涉区域分别以不同的衍射角进行衍射。这样，在检测器上，便可使+1级衍射光和-1级衍射光与0级衍射光的干涉区域分离，所以，如果构成2分光检测器使得即使物镜移动这些光也不会偏离检测器，就可以消除光点在检测器上移动引起的偏移。
另外，通过使衍射光栅具有偏振性，在使射向光盘的光透过衍射光栅时，就可以使衍射效率基本上成为0，在光盘反射光再次透过衍射光栅时就可以获得适当的衍射效率。如果是非偏振性的通常衍射光栅，由于射向光盘的光也发生了衍射，所以，不可避免地将发生光量损失，但是，通过采用偏振性衍射光栅，便可只使所需要的反射光发生衍射，从而可以防止光量损失。
但是，在该先有例中，由于将物镜、λ/4波片和偏振性衍射光栅以一体化的方式搭载在二维调节器上，所以，调节器的可动部的重量增加，调节器的应答速度将降低。光盘的传输速度也与记录密度同时年年在向高速化方向发展，在上述先有例中，则不能适应今后进一步的高速化。
不将物镜以外的光学部件搭载到物镜调节器上而消除伴随推拉方式中物镜移动的跟踪信号的偏移的其他方法，登载在上述日本光メモリシンポジウム’86论文集(1986年)127页～132页上。这是使用3光点型，通过用主光点和子光点扣除各推拉方式的跟踪信号而消除伴随物镜移动的跟踪信号的偏移的方法，称为差动推拉法(差动推拉方式)。即，是通过将子光点只偏离导引槽的周期的一半而配置到主光点的两侧，同时检测伴随偏移光盘反射光的干涉强度分布变化反相的光，产生偏移同相地包含于其中的反相跟踪信号，通过扣除它们而只消除偏移的方法。如果使用该先有例，基本上不将物镜以外的光学部件搭载到物镜调节器上就可以消除推拉方式中伴随物镜移动的跟踪信号的偏移。但是，在本先有例中，在上述的非点象差焦点偏离检测方式中没有采取任何关于聚焦光点横切导引槽时干扰混入焦点偏离信号的对策。另外，在本先有例中也讲到，只是子光点的一侧为进行了记录的光道，而另一侧为未记录光道时则不能充分降低偏移。此外，虽然未在本先有例中进行说明，但是，在导引槽和导引槽间反射总光量不同时，在本先有例中将残留偏移。虽然这在导引槽与导引槽间的宽度不相等时发生，但是，在使用它们相等的脊凹槽光盘的DVD-RAM的情况时，在主光点为已记录的道和2个子光点为未记录道时，或在相反的情况时发生这种状况。另外，由于存在多个光点，所以，在记录时在光利用效率方面不利。
另外，如本先有例所述的那样，若使主光点与子光点的增益比与主光点和2个子光点的光量之比的倒数成正比，通常，不能完全消除偏移。之所以这样，如在后面说明的那样，在用于跟踪的导引槽实际上不足道间距的1/2时，光点位于信息道上时和位于从信息道偏离道间距(在脊凹槽光盘中，为凹槽间距)的1/2的位置时，反射率不同，所以，在本先有例中未考虑如果未将此包含在内进行补偿，就不能完全消除偏移的情况。光盘的记录密度越高，偏移的允许值越苛刻，近年来，这种残留偏移越来越成了问题。
另外，在本先有例中，由于使用在导引槽间(脊部)有信息道、在导引槽内(凹槽部)无信息道的光盘，所以，用主光点再生信息时，子光点就不在信息道上，从而不会受到信息位的影响。但是，在例如用于DVD-RAM的脊凹槽光盘的情况时，主光点位于信息道上时，子光点也位于相邻的道上，信息位引起的光量变化将作为干扰而对跟踪信号起作用。
另外，消除干扰混入非点象差焦点偏离信号的方法登载在日本特开平4-168631上。这里，仍然是将衍射光栅的主光点和子光点只偏离导引槽周期的1/2地配置在光盘上，并通过圆柱形透镜分别由4分光检测器接受该主光点和子光点。在4个检测区域中，将通过求2个对角方向的2个区域之和的差信号而得到的焦点偏离误差信号通过以与在主光点和子光点的入射光量比的倒数成正比的增益进行放大并相加，获得焦点偏离误差信号。由于光读写头的调整不良等而残留的非点象差或光检测器的位置偏离等原因在光点横切导引槽时发生的干扰当然是与导引槽相同周期的周期函数，所以，如果将与相位偏离180°相当的主光点和子光点有效地按相同的光量相加，便可消除干扰。这时，相加的增益与上述差动推拉方式不同，如本先有例所述的那样，可以使之与入射光量的倒数之比成正比，以使入射到光盘上的光量实际上等价。然而，在本先有例中，对于跟踪的方法没有作任何描述。另外，假定与上述差动推拉方式组合，则在上述先有例中，按跟踪信号的运算和焦点偏离信号的运算便使主光点和子光点的放大增益相等，实际上不能消除有物镜移动时的跟踪信号的偏移。
鉴于上述先有技术，本发明应解决的问题是，在焦点偏离检测方法和装置中，从根本上消除伴随光盘的偏心而在记录膜面上光点横切光道时在焦点偏离信号中发生的干扰。
另外，从根本上消除与此同时在跟踪误差信号中发生的伴随透镜移动的偏移。
另外，如差动推拉方法那样将伴随光盘上的光点横切导引槽时反射光束的强度变化发生了反相的光束与通常的光束同时生成，在作成包含同相的偏移成分的反相的跟踪信号来消除同相偏移时，消除由于这些光束的反射总光量的不同而发生的偏移。
另外，在差动推拉方法中，在消除跟踪信号中发生的伴随透镜移动的偏移的同时，在焦点偏离检测方法中，从根本上消除伴随光盘的偏心在记录膜面上光点横切光道时在焦点偏离信号中发生的干扰。
另外，在使差动推拉方法中的子光点与主光点位于同一道上的状态下，获得消除伴随同样的物镜移动的跟踪信号偏移的效果。
另外，在光盘上只发生1个光点而获得和差动推拉方法相同的效果。
另外，特别是对非点象差焦点偏离检测方法和差动推拉跟踪检测方法获得这些效果。
另外，就是展示出获得这些效果的光检测器形状。
另外，将差动推拉方式与加法非点象差方式组合时，提高消除由于物镜移动引起的跟踪信号的偏移的性能。
另外，将差动推拉方式与加法非点象差方式组合并应用于脊凹槽光盘时，消除由于信息位引起的干扰的影响。
为了解决上述问题，在至少由半导体激光器、将其出射光作为至少一个聚焦光点聚焦到沿半径方向具有周期结构的光盘上的聚焦光学系统、检测上述光盘的反射光的光检测系统、和通过运算得到聚焦到上述光盘上的光点的焦点偏离信号和跟踪误差信号以及记录在上述光盘上的数据信号中的至少1个信号的电路构成的光读写头中，在上述聚焦光学系统中具有生成伴随使上述光盘上的聚焦光点横切上述周期结构的反射光束中的强度变化的极性相互大致反相的多个反射光的单元，在上述光检测系统中具有将这些多个反射光分离并同时进行检测的单元，在上述电路中通过求取各个反射光的焦点偏离误差信号之和以使由上述强度变化引起的焦点偏离误差信号的变化相互抵消，而获得焦点偏离误差信号。
另外，这时，同时将极性相互反相的上述多个反射光的各个跟踪误差信号之差作为跟踪误差信号。
此外，这时，在将极性相互反相的上述多个反射光的各个跟踪误差信号之差作为跟踪误差信号时，其特征在于：在上述电路中，按照与上述1个聚焦光点位于上述光盘的信息道上时的各个反射总光量的倒数之比成正比的增益将各个跟踪误差信号放大后，将它们的差运算后作为跟踪误差信号。
另外，生成上述强度变化的极性相互反相的多个反射光的单元是配置在上述半导体激光器与上述光分支元件之间的衍射光栅，上述衍射光栅相对于光盘半径方向倾斜地配置，以使在光盘上该衍射光栅的±1级衍射光的聚焦光点相对于0级光的聚焦光点在上述周期结构的周期的大约一半处在相反方向沿半径方向偏离地配置。
另外，生成强度变化的极性相互反相的多个反射光的单元是配置在上述半导体激光器与上述光分支元件之间的衍射光栅，该衍射光栅在光盘半径方向每隔约λD/(2NA·P)(λ：光波波长、NA：物镜孔径、P：光盘上半径方向周期结构的周期、D：衍射光栅上的有效光束直径)在相同宽度的区域、光栅的相位反相，衍射光栅的光栅方向相对于光盘切线方向平行地配置，以使在光盘上该衍射光栅的±1级衍射光的聚焦光点与0级光的聚焦光点配置在同一道上，在光检测系统中将它们分离并进行检测，从0级光的受光光量信号中得到数据信号。
这时，主光点与子光点相减时的增益比选择为在发生子光点的衍射光栅中补偿主光点和子光点发生的光量差。
本发明还提供一种配置在上述半导体激光器与上述光分支元件之间的偏振性移相器，该偏振性移相器在光盘半径方向每隔约λD/(2NA·P)(λ：光波波长、NA：物镜孔径、P：光盘上的周期结构的周期、D：衍射光栅上的有效光束直径)在相同宽度的区域使向特定的方向偏振的线偏振光成分的相位相对地反相，与其正交的线偏振光成分的相位在整个移相器中不发生变化，在光检测系统中使用偏振光分离元件将这些偏振光成分分离并进行检测，从未发生相位反相的偏振成分中得到数据信号。
特别是，为了焦点偏离检测而使用非点象差法，为了跟踪误差检测而使用推拉法来实现上述结构。
另外，在光检测系统中使用这样的光检测器，其至少具有2组由分割为4部分的光检测区域接受1个光点的光检测区域。
另外，在具有半导体激光器、将其出射光聚焦到沿半径方向有导引槽等周期结构的光盘上的聚焦光学系统、检测上述光盘的反射光的光检测系统和从反射光中得到光点的焦点偏离信号和跟踪误差信号的电路的光读写头中，用衍射光栅等使子光点与主光点偏离导引槽周期的1/2进行配置，生成伴随使聚焦光点横切上述周期结构时反射光束中的强度变化的极性相互大致反相的2种反射光至少各1个以上的反射光。由光检测系统将这些多个反射光分离并进行检测，通过在上述电路中将上述2种反射光的至少各1个的焦点偏离误差信号分别相加后的焦点偏离误差信号放大后进而相加而得到焦点偏离误差信号，通过将上述2种反射光的各至少1个的跟踪误差信号分别相加后的跟踪误差信号放大后相减而得到跟踪误差信号。这时，光盘通过使用脊凹槽盘等、上述周期结构由导引槽构成，且光点位于导引槽间时相对于光点位于导引槽内时的反射率的误差小于±10％的盘，使2种反射光的跟踪误差信号的放大增益之比与上述2种反射光的焦点偏离误差信号的放大增益之比一致。
另外，在同样的光读写头中，在光盘不是脊凹槽盘时，即上述光点之一位于上述光盘的信息道上时和在位于从上述信息道偏离上述周期结构的周期的1/2位置时反射率不同的光盘情况时，使上述多个反射光的跟踪误差信号的放大增益之比与上述多个反射光的焦点偏离误差信号的放大增益之比不同。
另外，在光读写头中，使上述子光点的检测用的电路具有阻断光盘的记录信息的再生信号的频带的频率特性。
本发明的这些和其他的目的、优点及特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。在这些附图中：
图1是表示本发明的基本实施例的光学系统的结构的图。
图2是表示光盘上的光点配置和那时的反射光束的强度分布的图。
图3是表示检测器输出的电路运算方法的图。
图4是表示检测器输出的运算方法的图。
图5是说明物镜移动引起的跟踪信号偏移的图。
图6是说明非点象差引起的对焦点偏离信号的干扰的图。
图7是使用相位反相衍射光栅的实施例的光学系统的结构。
图8是说明相位反相衍射光栅的详细结构的图。
图9是说明相位反相光的光盘导引槽引起的衍射的移相区域的重叠方式的图。
图10是由相位反相衍射光栅加到光盘衍射光上的干涉相位差。
图11是说明有物镜移动时相位反相光的光盘导引槽引起的衍射的移相区域的重叠方式的图。
图12是使用偏振性移相器的本发明的实施例的光学系统的结构。
图13是用于说明偏振性移相器的原理的图。
图14是计算通常的导引槽横切引起的对焦点偏离信号的干扰的图。
图15是计算使用相位反相衍射光栅时导引槽横切引起的对焦点偏离信号的干扰的图。
图16是计算差动推拉方式中导引槽横切引起的对焦点偏离信号的干扰的图。
图17是在通常的焦点偏离信号检测光束中的跟踪信号的透镜偏移特性。
图18是使用相位反相衍射光栅时在焦点偏离信号检测光束中的跟踪信号的透镜偏移特性。
图19是在差动推拉方式的焦点偏离信号检测光束中的跟踪信号的透镜偏移特性。
图20是表示DVD、DVD-RAM、CD、CD-R的可以再生的本发明的光学系统结构的实施例的图。
图21是说明图20的实施例的检测结构的详细情况的图。
图22是表示图3的检测器输出的电路运算方法的修正例的图。
图23是表示放大器的增益的频率特性和检测器的再生信号强度的特性图。
下面，使用附图说明本发明的实施例。
图1表示本发明的基本实施例的光学系统的结构。从半导体激光器101发出的光由衍射光栅102发生衍射光，通过光束分离器103、反射镜104、物镜106在光盘107上形成0级光的主光点108和±1级衍射光的2个子光点109和110。反射光再次通过物镜106和反射镜104在光束分离器103反射，由圆柱透镜111提供焦点偏离检测用的非点象差，由光检测器115接受。光检测器115分为0级光用4分光检测区域112、±1级衍射光用4分光检测区域113及114，分别独立地进行检测。这里，衍射光栅102稍倾斜地配置，以使光盘上的±1级衍射光配置得自0级光向两侧偏离导引槽间距的一半。
图2是表示这时的光盘上的光点配置和这时的反射光束的强度分布的图。图中，表示出了0级光201、±1级衍射光202及203相对于凹槽部204、脊部205向左侧偏离若干的情况、恰好位于光道上的情况和向右侧偏离若干的情况。这时，如图所示，0级光检测光束206、±1级衍射光检测光束207相对于光道偏离其强度变化向相反方向偏离。这是因为，光盘上的±1级衍射光202及203相对于0级光偏离1/2道。对于光盘上的聚焦光点的位置发生这种检测光束强度分布的情况，也在前面所述的文献等中进行了描述，是公知的。
图3是表示这时的检测器输出的电路运算方法的图。但是，在检测器115上，由于焦点偏离检测用的非点象差，强度分布转动了90度。这里，焦点偏离信号(AF信号)可以在将主光点和子光点的分割检测器112、113、114对应的分割输出的相同对角线方向的成分相加后通过用差动放大器303运算该差动信号而得到。光盘上的聚焦光点横切导引槽时的子光点的强度分布变化与主光点反相，所以，这样做只是干扰被抵消。这时，通常由于子光点的光量小于主光点，所以，在由放大器301将子光点的信号输出放大其光量比后进行运算。但是，这里有2个子光点，所以，实际上设主光点的强度为A、子光点的强度为B时，则子光点的增益相对于主光点可以使2个子光点引起的信号的放大增益分别为A/(2B)倍。
另一方面，跟踪信号(TR信号)可以在将图中分割为左右每2个区域的输出根据主光点和子光点相互不同地相加之后通过由差动放大器304获得差动输出而得到。光盘上的聚焦光点横切导引槽时的子光点的强度分布变化与主光点反相，而由于透镜移动引起的偏移不反相，所以，这样做时，可以获得仅偏移成分相抵消的跟踪信号。这里，在主光点位于脊上时，由于子光点位于凹槽上，所以，在脊部和凹槽部的宽度不同时反射光量不同。这样，由于不能充分消除偏移，所以，这时，进而利用放大器302放大子光点的信号用以补偿主光点与子光点的光量差。
例如，信息道位于脊上时，设脊的反射率为a、凹槽的反射率为b，可以取子光点的放大器302的增益为a/b。
另外，根据情况不同，可能出现主光点一方的输出小的情况。这时，反过来可以放大主光点一侧。或者可以使放大器302的增益小于1。
如上所述，可以同时获得没有透镜移动引起的偏移的跟踪误差信号和没有导引槽横切时的干扰的焦点偏离误差信号。另一方面，再生信号可以利用差动放大器305输出主光点的光量的总和。但是，这里，设定的是再生专用光盘及相变化型光盘等利用反射光量再生信号的光盘。但是，在光磁盘的情况时，不同的只是数据信号采用偏振分离的2个信号输出的差动信号，焦点偏离误差信号和跟踪误差信号可以利用本实施倒进行检测。
图4是归纳这时的运算方法的图。对于0级光的4分光检测区域112的4个输出a、b、c、d和±1级光的4分光检测区域113及114的各4个输出e、f、g、h、i、j、k、l，可以进行图示的运算。但是，RF是数据信号、AF是焦点偏离信号、TR是跟踪误差信号。
上述实施例，通常是设定光点位于导引槽上时和位于导引槽间时反射率不同的情况。但是，在DVD-RAM使用的脊凹槽光盘中，导引槽的宽度约为道间距的1/2，光点位于脊上时和位于凹槽上时反射率几乎相等。因此，可以省略图3的放大器302，简化为图22所示的电路结构。但是，即使是脊凹槽光盘，由于制造误差，脊部相对凹槽部的反射率差最大可达约±10％。但是，如果是这么大的差别，按照计算机模拟，设物镜的有效孔径为4mm时，即使透镜移动为0.4mm，在凹槽间距为1.48μm的DVD-RAM光盘中，道偏移为0.01μm，所以，即使是图22的结构，道偏移也是允许的。相反，假定道偏移的允许值为0.05μm，在相同条件下，脊部相对凹槽部的反射率差约为1.6倍。在通常的非脊凹槽盘的光盘中，该反射率差是2倍以上，所以，仍然是图22的结构只能应用于脊凹槽盘。
另外，在脊凹槽盘中，在槽部和槽间部都有信息道，所以，在主光点位于信息道上时，子光点当然也位于相邻的信息道上。这时，将发生在脊凹槽盘以外的盘中未估计到的记录信息混入子光点的情况。为了避免发生这种情况，可以使图22所示的放大器301具有图23所示的频率特性。在图23中，横轴表示频率，左侧纵轴表示放大器的增益的频率特性，右侧的纵轴表示检测器的信息道的再生信号的强度。再生信号与焦点偏离误差信号及跟踪误差信号等控制信号相比，位于高的频带，但是，由检测器所检测的信号中包括有它们。这里，通过使放大器在再生信号频带具有低增益的特性，可以获得无干扰的控制信号。下面，解析地说明用这种方法消除由于物镜移动引起的跟踪信号的偏移的情况。按照Journal of Optical Society of America,1979,Vol.9,No.1,pp.4-24的文献，光盘的周期结构所决定的反射光的分布，按照标量衍射近似，可以通过使光盘的反射率分布的m级的富里叶系数Rm和入射光振幅分布a(x,y)只偏移m级的衍射引起的分布mNA/Pλ(NA：孔径、P：导引槽周期、λ：波长)乘以光点位置u0的相位成分exp(i2πm u0/P)并通过求和而得到。即，根据下式(1)而得到。
a(x,y)：入射光复数振幅分布 NA：孔径
P： 导引槽周期 m：衍射级数
λ： 波长 u0：光点位置
这里，Rm相当于将振幅1的平行光垂直入射到光盘上时的m级的衍射光的复数振幅，如式(2)a′(x,y)=ΣmRma(x-mNAPλ,y)ei2πmpu0---(1)]]>Rm=1P∫-P/2P/2R(u)e-i2πmpudu---(2)]]>
u ：盘上半径方向坐标
R(u)：盘复数反射率分布
所示的那样，特别是在以宽度w、用波长规格化的槽深度d的矩形槽的情况时，便成为式(3)所示的那样，Rm=sincm-wP(1-e-i4πd)sinomwP---(3)]]>
W：导引槽宽度 d：以波长规格化的槽深度但是，这里，Sinc x具有式(4)所示的关系。sincx={1---(x=0)sinπxπx(x≠0)]]>
使用这些公式时，如果在入射光中没有象差、振幅在物镜中心面内是均匀的，则光盘的周期性的导引槽引起的0级光和±1级光的干涉强度可以表为下式(5)。
其中，φ具有下式(6)的关系。
φ=arg(R±1)-arg(R0)
(6)
这样，没有透镜移动时的推拉方式的跟踪信号TR可以表为下式(7)。
TR=S(I0,±1-I0,-1) (7)=4S|R0||R±1|sinφsin2πu0P]]>=4SwP2sincwPsinc4πdsin2πu0P]]>
S：0级光和±1级光的干涉区域面积
这里，如图5所示，如果由于物镜移动而2分检测器501上的光点502移动，根据各2分检测器501的各分割区域的受光光量的增减，则通常的推拉方式的跟踪信号可以使用由透镜移动决定的参量α(0＜α＜1)、β(0＜β＜1)表为下式(8)。
TR(α,β)=S(I0,+1+αI0,-1+βI0-(1-α)I0,-1-(1-β)I0) (8)
=TR(0,0)+2S(αI0,-1+βI0)右边第2项与偏移相当。这里，在式(5)中，例如考虑使由衍射光栅决定的子光点偏离道间距的1/2时，则右边第3项的cos中的相位就移相π，相对于主光点的光点位置u0，子光点的干涉强度I’0,±1(x,y)可以表为下式(9)。
另外，在式(7)中，如果也偏离1/2道，则跟踪信号仍然反相，所以，透镜移动时的子光点的跟踪信号TR’(α,β)可以表为下式(10)。
TR′(α,β)=-TR(0,0)+2S(αI′0,-1+βI0) (10)因此，通过扣除主光点的跟踪信号和子光点的跟踪信号，可以得到下式(11)的信号。
TR(α,β)-TR′(α,β)=2TR(0,0)+2Sα(I0,-1-I′0,-1)
(11)=2RT(0,0)+4Sα|R0||R±1|cos(φ+2πPu0)]]>
因此，主光点偏离光道0即U0=0时，偏移(offset)可以表为下式(12)。
Offset=4Sα|R0|R±1|cosφ=4SαwP2sincwP(2wP-1)(1-cos4πd)]]>
因此，在槽宽度相对于道间距不是1/2时，就残留着偏移。由式(11)的右边第2项可知，在主光点位于道上时，起因于其干涉强度与子光点的干涉强度不同，所以，通过估计该强度变化而预先设定图4中的增益G2，便可消除偏移。另外，如DVD-RAM那样，在脊凹槽方式的光盘的情况时，即使不进行这样的设定，也可以直接消除偏移。
以上，说明了消除跟踪信号的偏移的效果，但是，通过同时检测干涉相位发生了反相的光，便可消除在非点象差焦点偏离检测方式等中成为问题的伴随光点横切导引槽时对焦点偏离信号的干扰。下面，说明其原理。伴随非点象差焦点偏离检测的道横切时的干扰的原因，大致有2个。其一，是加到光盘上的光点上的非点象差，其二是4分检测器的偏离。这里，以非点象差引起的干扰的混入为例进行说明。非点象差的波面，可以使用非点象差系数W22和非点象差方位φ表为下式(13)。
W(ρ,θ)=W22ρ2cos2(θ-φ) (13)
ρ ：有效口径规格化动径半径 θ：有效口径动径角
W22：非点象差系数 φ：非点象差方位
使用有效口径的x,y坐标，则上式可以表为下式(14)，
W(x,y)=W22{(x2-y2)cos2φ+2xy sin2φ}
(14)
x,y：有效口径坐标所以，具有非点象差的波面通过光盘发生衍射、其0级光和±1级衍射光在物镜中心面上偏离±δ重叠时，由于非点象差而施加的干涉的相位差可以近似地表为下式(15)。
ΔW=W(x±δ,y)-W(x,y)≅±∂W∂xδ]]>
=±2W22(xcos2φ+ysin2φ)δ (15)于是，0级光和±1级衍射光的干涉强度可以使用上式表为下式(16)。
这里，如图6所示，在有非点象差的光盘反射光束602中，取代表点A、B、C、D时，根据式(16)，这些位置的干涉强度可以表为下式(17)～式(20)。IA=C+αcos{W22δ(cos2φ+sin2φ)+φ-2πPu0}---(17)]]>IB=C+αcos{W22δ(cos2φ-sin2φ)+φ+2πPu0}---(18)]]>IC=C+αcos{W22δ(cos2φ+sin2φ)+φ+2πPu0}---(19)]]>ID=C+αcos{W22δ(cos2φ-sin2φ)+φ·2πPu0}---(20)]]>在用于焦点偏离检测的检测器上，认为这些强度基本上直接表现出来时，如式(21)所示的那样，相对于偏移道U0为余弦波形的干扰混入到焦点偏离信号中。
AF=(IA+IC)-(IB+ID)=-2αsin(W22δcos2φ+φ)sin(W22δsin2φ)cos(2πPu0)---(21)]]>这里，同时生成并叠加伴随聚焦光点横切导引槽的强度分布变化发生了反相的光点时，则φ的相位移相π，相互叠加式(21)的第一个sin的符号发生了反转的部分，所以，将干扰抵消。这时，为了消除焦点偏离信号的干扰，不需要像为了消除差动推拉的偏移所需要的因槽宽度等引起的在槽部和槽间部的反射差而调整增益。
图7是用于同时检测光盘上聚焦光点横切导引槽时的强度变化的极性发生了反相的光束的别的实施例。这里，使用相对于光盘的半径方向平行地配置的直线衍射光栅701。因此，衍射光栅引起的光盘上的±1级衍射光和0级光配置在相同的道上。另外，用于检测反射光束的光检测器702的3个4分光检测区域112、113、114与光盘切线方向平行地配置。
下面，使用图8说明在本实施例中使用的衍射光栅701的详细结构。如图所示，该衍射光栅是对于导引槽周期P、物镜孔径NA、衍射光栅插入位置有效光束直径D而干涉的相位按Dλ/(2NA·P)的周期反相的衍射光栅。这是由相对于由光盘的导引槽决定的衍射光的0级光801,±1级衍射光802、803的反射光束的偏离决定的间隔。由这样的光栅引起的衍射光，各周期衍射光的波面的相位移相π。如果想起衍射光栅本来就是全息照相，这就很容易理解。即，全息照相就是将激光这样的干涉性好的2条光的干涉图样在照相干板等上进行曝光显影处理，将曝光时的2条光的1条光照射干板时，曝光时的另一条光作为全息照相的衍射光被再生。因此，如上所述，使周期性地波面偏离半波长的光与平坦的波面的光发生干涉形成干涉图样时，当然，该干涉图样就反映其相位偏离，从而不连续地形成1/2图样的级差。于是，相反，将平坦的波面的光向这样的衍射光栅入射时，衍射光的波面就周期性地偏离半波长。
图9是说明由相位反相衍射光栅引起的衍射光进而又由光盘导引槽引起的衍射光的移相区域的重叠方式的图。相位反相衍射光栅引起的衍射光由光盘的导引槽进而引起衍射，0级光与±1级光发生叠加。但是，如0级光和±1级光等相邻的衍射光，相位反相区域不重叠。这时图中的a、b、c、…所示的各区域中任意的2个衍射级数之间由于相位反相衍射光栅而加入的相位差归纳在图10中。由图10可知，0级光和±1级衍射光等对跟踪信号有贡献的相邻的衍射级数的光之间的相位差一定为π。并且，+1级衍射光与-1级衍射光、0级光与±2级衍射光等衍射级数之差为2的衍射光之间的相位差为0。因此，式(5)中的干涉的相位差不必使子光点偏离1/2道便可实现与其等价的干涉强度反相。这样，即使记录标志相对于中心光点非对称地位于两侧道上，子光点的反射光量也不会发生任何非对称性。因此，可以更稳定地获得消除跟踪信号的偏离及焦点偏离信号的干扰的效果。
这里，相位反相衍射光栅在与物镜不是一体而随着光盘的偏心物镜发生移动时，相位反相衍射光栅与物镜的光轴相对地发生偏离。图11是表示这时的移相区域的图。由图可知，即使物镜有移动，也只是移相区域的接缝发生移动，而对干涉强度的反相不会发生任何影响。
图12是用于同时检测光盘上聚焦光点横切导引槽时的强度变化的极性发生了反相的光束的另一实施例。这里，使用偏振性移相器1201取代图7的相位反相衍射光栅。这样，只使入射到偏振性移相器1201上的特定方向的线偏振光成分的相位在Dλ/(2NA·P)周期的区域中发生反相，在检测器702之前，利用3光束沃拉斯顿棱镜1202分离并检测偏振光。这时，不发生相位反相衍射光栅情况下那样的子光点，光盘107上的光点只存在1个。这样，便可减轻由子光点引起的光量损失，从而可以构成适合于可记录光盘的光读写头。
图13是用于说明偏振性移相器的原理的图。这里，表示使用铌酸锂(LiNbO3)的例子。铌酸锂基板1301在纸面内具有折射率各向异性的主轴1302，并在该处与光栅图形一致地形成质子交换区域1303。进而，与该光栅图形一致地形成电介质膜1304。这时，入射到光栅图形及其间的寻常光1305、1306的相位差φo和异常光1307、1308的相位差φe分别可以表为下式(22)。φ0=2πλ{(nd-1)Td+ΔnoTP}]]>φe=2πλ{(nd-1)Td+ΔneTp}---(22)]]>
λ ： 波长
nd ： 电介质膜的折射率
Td ： 电介质膜的厚度
Δno：质子交换引起的寻常光的折射率变化(-0.04)
Δne：质子交换引起的异常光的折射率变化(0.12)
Tp ： 质子交换区域的深度
这里，考虑衍射效率后将各相位差设定为适当的设计值，求解以电介质膜的厚度Td和质子交换区域的深度Tp为未知数的联立1次方程，则得式(23)，Tp=λ2πφo-φeΔno-Δne]]>Td=λ2πΔnoφe-Δneφo(nd-1)(Δno-Δne)---(23)]]>可以设计由寻常光和异常光独立地给出所希望的相位差的偏振性光栅。例如，在波长λ=0.66μm、电介质层折射率nd=2.2时，若想使φo=0°、φe=+180°，则可使Tp=2.06μm、Td=0.07μm。这样，对于质子交换区域，可以有选择地使相位移相π，从而可以获得和上述实施例一样的偏移消除效果。
下面，说明利用标量衍射模拟的焦点偏离信号中聚焦光点横切导引槽时的干扰的消除效果和伴随物镜移动的干扰的消除效果。图14是在通常的焦点偏离检测系统中，非点象差、球面象差和检测器偏离复合地存在时的焦点偏离信号。由图可知，中心部分鼓起，发生相当大的干扰。另一方面，图15是设想使用相位反相衍射光栅时的计算结果。由图可知，干扰几乎全消除了。图16是相互叠加差动推拉方式的主光点和子光点的焦点偏离信号时的焦点偏离信号。由图可知，干扰几乎全消除了。
图17是通过改变物镜移动计算通常的非点象差焦点偏离检测方式的受光面上的跟踪信号的结果。由图可知，发生相当大的偏移。图18是使用相位反相衍射光栅时进行同样的计算的结果。由图可知，偏移几乎全消除了。此外，图19仍然是将同样的计算应用于差动推拉方式中时的实施例。偏移都非常小了。
图20是表示可以再生CD、CD-R、DVD-ROM、DVD-RAM等的本发明的光学系统结构的实施例。半导体激光器是搭载了DVD用的650nm的半导体激光器2001和CD、CD-R用的780nm的半导体激光器2002这样2个半导体激光器。为了再生CD-R，根据CD-R的记录膜的反射率的分光特性的关系，需要780nm的半导体激光器2002。各光线分别入射到各衍射光栅2003、2004上，发生±1级衍射光。这里，650nm用的衍射光栅2003为在本发明中已说明的衍射光栅，780nm用的衍射光栅是在CD的跟踪检测中通常使用的3光束跟踪方式的用于形成子光点的衍射光栅。650nm的光接着在2分色反射镜2005上发生反射，透过光束分离器2006，在反射镜2007上发生反射，由DVD/CD互换物镜2008聚焦到DVD2009上。另一方面，780nm的光在光束分离器2006上发生反射并在反射镜2007上发生反射后，由DVD/CD互换物镜2008聚焦到CD或CD-R盘2009上。各反射光通过DVD/CD互换物镜2008、反射镜2007并透过光束分离器2006和2分色反射镜2005后，透过光学部件G聚焦到光检测器2010上。
图21是说明在该光学系统结构中改变了焦点偏离检测方式的多个实施例的光学部件G、检测器受光模式结构和信号运算方法的图。在焦点偏离检测方式中使用光束尺寸检测时，对光学部件G使用曲线衍射光栅2101，对于由衍射光栅2003或2004引起的0、±级衍射光，在光检测器面上，将稍位于焦点之前的光点和稍位于焦点之后的光点作为曲线衍射光栅2101的±1级衍射光而输出。这时，如果预先使曲线衍射光栅2101的衍射效率足够大、不发生0级光，便可减少检测区域数。这样，在总共6个光点中，根据曲线衍射光栅2101的1组±1级衍射光便可得到光束尺寸检测方式的焦点偏离误差信号。通过由4分光检测器接受衍射光栅2003或2004的0级光，可以得到在DVD-ROM中使用的DPD信号(差动相位检测)。另外，根据衍射光栅2003的0级光和1个衍射光可以得到消除偏移的推拉信号。根据衍射光栅2004的±1级衍射光的光量差，可以检测CD用的3光束跟踪信号。另外，根据衍射光栅2003、2004的0级光的总光量，可以得到再生RF信号。
作为焦点偏离检测方式使用双刀口方式时，光学部件G使用分光棱镜2102。这样，在光检测器上，衍射光栅2003、2004的衍射光分别一分为四。根据1个衍射光的4分割的光，可以得到双刀口方式的焦点偏离误差信号。推拉方式的跟踪信号、DPD信号、3光束方式的跟踪信号、RF信号等基本上和光束尺寸检测方式一样，可以如图所示的那样进行检测。
在这些焦点偏离检测方式中，通过选择检测器的分割线方向，比较难于发生伴随横切导引槽而对偏离及象差的干扰，所以，在本实施例中，未特别表示与发生了分布反相的光叠加的结构，但是，根据光学系统的结构不同，从别的要求出发，有时也需要容易发生干扰的分割线的结构。这时，通过叠加发生了强度分布变化的反相的光之间的焦点偏离误差信号，在非点象差方式以外的焦点偏离检测方式中也可以降低干扰。因此，本发明可以采用以往根据横切导引槽时的干扰的观点出发而不能采用的光学系统结构，从而可以增大设计的自由度。
在采用非点象差焦点偏离检测方式时，就不需要光学部件G。其原因在于，非点象差焦点偏离检测用的非点象差，可以用在透过2分色反射镜时发生的非点象差所代替。这里使用的就是在聚焦光束入射到平行平板上时发生非点象差的原理。这里，在焦点偏离检测中，如从干扰的观点已说明的那样，是求0级光和1级光的焦点偏离误差信号之和。以往，在使用平行平板导入非点象差时，为了难于发生横切导引槽时的干扰，平行平板与光道成45度的角插入，但是，按照本发明，通过消除干扰，就不必特别进行这样的限制。因此，根据情况不同，可以有效地抑制光读写头的总体的大小。另外，对于推拉方式的跟踪信号，同样是求与发生了分布反相的跟踪信号之差。对于其他情况，和采用其他焦点偏离检测方式时一样。
按照本发明，不将衍射光栅等廉价的部件搭载到物镜调节器上，仅追加到固定光学系统中，在焦点偏离检测中，可以从根本上消除伴随光盘的偏心在记录膜面上光点横切光道时对焦点偏离信号发生的干扰，同时，可以从根本上消除伴随透镜移动发生的跟踪误差信号的偏移。