JP2006244536A - 光ヘッド装置および光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＨＤ ＤＶＤ規格の光ディスクに情報を記録し、または情報を再生する際のフォーカスエラーの大きさを正確に検出できる光ヘッド装置および光ディスク装置を提供する。
【解決手段】 この発明の光ヘッド装置１１は、光ディスクの記録層で反射された反射レーザ光を受光して対応する信号を出力する光検出器２８の受光面に、光ディスクで反射された反射レーザ光のうちのラジアル方向の成分を主として含むフォーカスエラーの変動が生じにくい光スポットを提供可能な回折パターンが与えられた回折素子（ＨＯＥ）２４を含む。回折素子は、少なくともラジアル方向に直線状に規定された領域を含む。
【選択図】図２

Description

この発明は、レーザ光を用いて情報の記録、消去または再生が可能な光ディスクに情報を記録し、または情報を消去し、もしくは情報を再生する情報記録再生装置（光ディスク装置）ならびに光ディスク装置に用いられる光ピックアップ（光ヘッド）装置に関する。

情報の記録、再生ならびに消去（繰り返し記録）に適した記録媒体として、光ディスクが既に広く利用されている。反面、さまざまな規格の光ディスクが提案され、それぞれが実用化されている。なお、さまざまな規格の光ディスクは、記録容量で区別すると、ＣＤ規格やＤＶＤ規格に分類される。また、用途（データ記録形式）から見た場合、既に情報が記録されている（ＲＯＭと呼称される）再生専用タイプ、１回限りの情報記録が可能な（−Ｒと呼称される）ライトワンスタイプ（追記型）、あるいは記録と消去が繰り返し可能な（ＲＡＭまたはＲＷと呼称される）リライタブルタイプ（録再型または書換可能型）等に区分される。

光ディスクの規格および用途の多様化に伴って、光ディスク記録再生装置には、２以上の規格の光ディスクに情報を記録し、または記録されている情報を再生し、もしくは既に記録されている情報を消去可能であることが、望まれている。なお、光ディスク記録再生装置には、情報の記録および消去は困難であってもセットされた光ディスクの規格を識別可能であることは、必須の要件として要求されている。

このため、光ディスク情報記録再生装置に組み込まれる光ピックアップにおいては、光ディスクの規格（種類）にかかわりなく、少なくとも光ディスクに固有のトラックもしくは記録マーク列からの反射光を獲得し、少なくとも対物レンズ（光ピックアップ）のトラッキングおよびフォーカスが制御できることが必要である。

なお、光情報記録媒体（光ディスク）からの反射光のうち、０次光と±１回折光とが重なる部分と重ならない部分に分割し、それぞれ、独立した光検出手段に反射光を入射させて、所定の信号を得ることによって、良好なトラキングエラー信号を得るものが既に提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００４−３９１６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のあるような光情報記録媒体からの反射光の±１次の回折光の回折角は、反射光の波長、光情報記録媒体のトラックピッチ等によって異なる。

このため、複数の波長の反射光、または複数の種類の光情報記録媒体のトラックピッチからの反射光を受光する光ピックアップ装置においては、０次光と±１回折光とが重なる部分と重ならない部分を、一意的に決めることはできない。

また、特許文献１に記載された方法では、Ｌ／Ｇ構造の（ランド（平坦部）およびグルーブ（溝部）からなる）トラックにおいて、トラックピッチが異なる場合に、フォーカス信号にトラッククロス信号が漏れこむことに起因して、フォーカス動作が困難となる。

この発明の目的は、光ディスク装置に用いられる光ヘッド装置において、対物レンズのフォーカス制御を安定化することである。

漏れこみが少なくなるように、光検出器の受光領域の分割（形状および個数）を定義する。→フォーカス領域を、ラジアル（ＲＡＤ）方向に一直線となる領域をとする
この発明は、光を記録媒体の記録面に集光する集光手段と、前記記録媒体の前記記録面で反射された反射光を分割する分割手段と、前記分割手段により分割された前記反射光を受光する光検出手段と、を備え、前記分割手段は、前記反射光を前記記録媒体のラジアル方向に沿った直線状に分割可能であることを特徴とする光ヘッド装置を提供するものである。

また、この発明は、光源からの光を記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記記録媒体の前記記録面で反射された反射光を、複数に分割するとともに、分割された前記反射光の少なくとも１つに前記記録媒体に固有の回折の影響を受けないような所定の回折を与える光分割素子と、前記光分割素子により分割された前記反射光を受光し、その光強度に対応する信号を出力する光検出器と、を有することを特徴とする光ヘッド装置を提供するものである。

さらに、この発明は、回折可能な光を記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記記録媒体のラジアル方向と直交する方向に生じる前記記録媒体に固有の回折の影響を受けない位置に規定されるとともに、前記記録面で反射された反射光を前記記録媒体のラジアル方向に沿った区分線に対して直線状に分割して所定の回折を与える領域を有し、前記反射光を任意数および所定サイズの複数の光束に分割する分割手段と、前記分割手段により分割された前記反射光を受光してその光強度に対応する信号を出力する光検出器と、を備え、前記分割手段は、前記対物レンズが前記記録媒体の前記記録面を含む平面と直交する方向に移動される際のデフォーカス量が概ね０となる位置で前記光検出器の出力がピークとなるよう、前記反射光を分割することを特徴とする光ヘッド装置と、前記光検出器の出力を、少なくとも前記対物レンズの位置の制御または前記記録媒体に記録されている情報の再生のために利用可能に処理する信号処理部と、を有することを特徴とする光ディスク装置を提供するものである。

本発明によれば、フォーカスエラー信号へのトラッククロス信号の漏れこみは、ランドおよびグルーブの有無に拘わりなく、概ね一定に制御される。このことから、対物レンズのフォーカスエラー信号の変動が低減される。従って、光ヘッド装置における対物レンズのフォーカス制御が安定化される。

また、フォーカスエラー信号のノイズ成分が低減されることにより、フォーカスエラー信号を正確に検出できる。これにより、対物レンズのフォーカス制御が安定化される。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、この発明の実施の形態が適用される光ディスク装置を示す。

光ディスク装置１は、記録媒体（光ディスク）Ｄに情報を記録し、あるいは光ディスクに記録されている情報を読み出し、もしくは光ディスクに記録されている情報を消去可能な光ピックアップ装置（光ヘッド装置）１１を含む。光ディスク装置１には、光ヘッド装置１１の動作および光ヘッド装置により検出された光ビームから、光ディスクに記録されている情報を再生する信号処理部１２、ならびに図示しないが、光ディスクＤの記録面に沿って光ヘッド装置を移動させるヘッド移動機構、および光ディスクを所定の速度で回転させるディスクモータ等の機構要素も組み込まれている。

光ヘッド装置１１は、光源、例えば半導体レーザ素子であるレーザダイオード（ＬＤ）２１を含む。ＬＤ（光源）２１から出力されるレーザ光の波長は、例えば４００〜４１０ｎｍで、好ましくは４０５ｎｍである。

ＬＤ（光源）２１からのレーザ光は、コリメートレンズ２２によりコリメート（平行光化）されるとともに、予め所定の位置に設けられている偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２３、光分割素子すなわちホログラムプレート（ＨＯＥ）２４および１／４波長板（偏光制御素子）２５を通り抜けた後に、集光素子すなわち対物レンズ（ＯＬ）２６により所定の集束性が与えられる。なお、対物レンズ２６は、例えばプラスチック製で、その開口数ＮＡは、例えば０．６５である。

対物レンズ２６により所定の集束性が与えられたレーザ光は、光ディスクの詳述しないカバー層を透過し、記録層（あるいはその近傍）に集光される（光源２１からのレーザ光は、対物レンズ２６の焦点位置で最小光スポットを呈する）。

詳述しないが、周知のフォーカス制御により、対物レンズ２６と光ディスクＤの記録面との間の距離が対物レンズ２６の焦点距離に一致されるよう、対物レンズ２６（光ヘッド装置１１）が記録面と直交する方向（光軸方向）に移動されることで、レーザ光の最小光スポットが光ディスクＤの記録層に集光される。

光ディスクＤの記録面で反射された反射レーザ光は、対物レンズ２６により捕捉され、対物レンズ２６により概ね平行な断面ビーム形状に変換され、偏光ビームスプリッタ２３に戻される。

偏光ビームスプリッタ２３に戻された反射レーザ光は、１／４波長板２５を通過されることにより光ディスクＤに向かうレーザ光の偏光の方向と偏光の方向が９０度回転されているため、偏光ビームスプリッタ２３の詳述しない偏光面で反射される。

偏光ビームスプリッタ２３で反射された反射レーザ光は、フォーカスレンズ２７によりフォトダイオード（光検出器）２８の受光面に結像される。

反射レーザ光は、ＨＯＥ２４を通過される際に、後段に設けられる光検出器２８の受光面に予め与えられている検出領域（受光領域）の配列および形状に合わせて、所定の分割数および形状に、分割される。

光検出器２８の受光部は、通常複数の受光（検出）領域（検出）に分割されており、それぞれの受光部から、光強度に応じた電流を出力する。

個々の受光部から出力された電流は、図示しないＩ／Ｖアンプにより電圧に変換された後、信号処理部１２により、ＨＦ（再生）信号、フォーカス誤差（エラー）信号、およびトラック誤差（エラー）信号等に利用可能に、演算処理される。なお、ＨＦ（再生）信号は、詳述しないが、所定の信号形式に変換され、もしくは所定のインタフェースにより、例えば一時記憶装置または外部記憶装置等に出力される。

信号処理部１２により得られた信号はまた、光ヘッド装置１１の対物レンズ２６の位置を、対物レンズ２６と光ディスクＤの記録面との間の距離が対物レンズ２６の焦点距離に一致されるよう、光ディスクの記録面を含む面と直交する方向（光軸方向）、および光ディスクの記録面に予め形成されているトラックもしくは記録マーク（列）が延びる方向と直交する方向に、任意に移動させるためのサーボ信号にも利用される。

なお、サーボ信号は、周知のフォーカスエラー（誤差）検出方法に従って、対物レンズ２６の焦点位置において所定のサイズをとる光スポットが光ディスク１の記録層上でその所定のサイズとなるよう、対物レンズ２６の位置の変化を示すフォーカスエラー信号と、周知のトラックエラー（誤差）検出方法に従って、同光スポットが記録マーク列もしくはトラックの概ね中心に案内されるよう、対物レンズ２６の位置の変化を示すトラッキングエラー信号に基づいて、生成される。

すなわち、対物レンズ２６は、光ディスクＤの図示しない記録層に形成されているトラックまたは記録マーク列の概ね中心に、対物レンズ２６により集光された光スポットを、その焦点距離において、記録層に最小の光スポットを提供可能に、制御される。

より詳細には、半導体レーザ（ＬＤ）２１から発したレーザ光は、コリメートレンズ２２によりコリメートされる。このレーザ光は、直線偏光であり、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２３、ホログラム（ＨＯＥ）２４を透過し、１／４波長板２５により偏光面が円偏光に変化（回転）され、対物レンズ２６に所定の集束性が与えられて、光ディスクＤの記録面に集光される。

光ディスクＤの記録面に集光されたレーザ光は、記録面に記録されている記録マーク、例えばピット（ピット列）やマーク（反射率の異なるパターン）、あるいはグルーブ等で（反射あるいは回折され、）光学的に変調される。

光ディスクの記録面で反射あるいは回折した反射レーザ光は、対物レンズ２６で、再びほぼ平行化され、１／４波長板２５を再び通過されて、往路とは偏光の方向が９０度変化されて、ホログラム（ＨＯＥ）２４に戻される。

ホログラム２４は、復路の偏光（反射レーザ光）にのみ作用するパターンが与えられており、復路のレーザ光（反射レーザ光）を、複数の光束に分割し、かつ所定の方向に偏向させる（分割されたレーザ光毎に、それぞれのレーザ光に対応して設けられているフォトディテクタの受光領域に向けて、中心からの距離を変化させる）。

このようにして、偏光の方向が往路と９０度変化され、所定数に分割された反射レーザ光は、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２３の偏光面で反射され、フォーカスレンズ２７を介してフォトディテクタ２８のそれぞれの受光領域（後述）に、集光される。

図２は、図１に示した光ディスク装置の光ヘッドに組み込まれるホログラム素子により光束が分割される際のパターンならびにフォトダイオード（光検出器）の受光領域の配列および形状の特徴（パターン）の一例を示す。

図２に示されるように、ホログラム（ＨＯＥ）２４は、例えば概ね円形のパターン２４−０を有する。パターン２４−０は、概ね中心を通る境界線２４ａと境界線２４ａと直交する境界線２４ｂにより区分されるとともに境界線２４ａに平行に規定された第１〜第４の領域２４−１〜２４−４と、それぞれの領域の間に、境界線２４ａに平行、かつ境界線２４ａに対して所定の距離の位置に規定されたラジアル方向に長い２つの領域２４−５，２４−６に区分されている。なお、境界線２４ａは、図示しないが光ディスクの記録面に同心円状あるいはスパイラル状に予め形成される図示しないトラック（案内溝）が延びる方向（タンジェンシャル方向）と直交する半径方向（ラジアル方向）に延びている。

すなわち、図２に示すホログラム分割パターンは、光ディスクのラジアル方向に対して一直線に確保された検出領域２４−５，２４−６を用いてフォーカスエラー信号を得るものである。

なお、分割パターン２４−１〜２４−４は、トラッキングエラー信号を得るための領域であり、これらの領域を透過したレーザ光は、それぞれ異なる角度に回折される。

それぞれのパターン２４−１〜２４−４（境界線２４ａと平行な方向に二対）は、それぞれを通過したレーザ光を、フォトディテクタ２８の検出（受光）領域２８−２〜２８−５に結像可能に形成されている。なお、パターン２４−１を通過した光は、検出領域２８−２に、同２４−２を通過した光は、同２８−５に、同２４−３を通過した光は、同２８−４に、同２４−４を通過した光は、同２８−３に、それぞれ結像される。

従って、例えば各受光領域２８−２〜２８−５により生起される信号の強度をＰ２８−２〜Ｐ２８−５とするとき、
（Ｐ２８−２＋Ｐ２８−３）−（Ｐ２８−４＋Ｐ２８−５）・・・（１）
の演算で、プッシュ−プル信号が、
Ｐｈ（Ｐ２８−２＋Ｐ２８−４）−Ｐｈ（Ｐ２８−３＋Ｐ２８−５）・・・（２）
の演算で、位相差検出法（ＤＰＤ法）によるトラッキングエラー信号が、それぞれ、得られる。

一方、フォーカスエラーの検出のためのそれぞれののそれぞれを通過したレーザ光は、トラッキングエラー検出用の概ね中央の検出領域２８−１Ａ〜２８−１Ｄに、結像可能に形成されている。

すなわち、領域２４−５，２４−６を透過したレーザ光は、それぞれ、例えば検出領域２８−１Ａと２８−１Ｂとの間および２８−１Ｃと２８−１Ｄとの間に、集光される。この方法は、周知のダブルナイフエッジ法と呼ばれるフォーカス検出系を提供する。なお、フォーカスエラーの検出のために用いる回折パターン２４−５および２４−６をいずれか一方とし、対応する光検出器の検出領域を２つとする、周知のナイフエッジ法も利用可能であることはいうまでも無い。

ここで、フォトダイオード２８の個々の受光領域２８−１Ａ〜２８−１Ｄにより生起される信号強度を、それぞれ、Ｐ２８−１Ａ〜Ｐ２８−１Ｄとすれば、
（Ｐ２８−１Ａ＋Ｐ２８−１Ｄ）−（Ｐ２８−１Ｂ＋Ｐ２８−１Ｃ）・・・（３）
の演算により、対物レンズ２６のデフォーカス（焦点位置に対するずれ）量に応じて出力が変化するフォーカスエラー信号が得られる。なお、このフォーカスエラー信号は、周知の通り、対物レンズ２６と光ディスク２７の記録層との間の距離が、対物レンズ２６によりレーザ光に与えられる最小スポットを呈する位置（焦点位置）よりも短い（対物レンズ２６が光ディスクに接近している）場合と同距離が焦点位置（最小スポット位置）よりも長い（対物レンズ２６が光ディスクから離れている）場合において、出力極性が反転するＳ字特性を示す。

すなわち、光ディスクＤの光スポットがデフォーカスしていく（最小ビームスポットを呈する位置から離れていく）と、フォトディテクタの個々の検出領域に結像される光スポットもデフォーカスしていく（光スポットの大きさが大きくなる）。

例えば、図３に示すＳ字特性の「＋」側ピークは、ホログラム素子２４の領域２４−５を透過したレーザ光のほとんどが検出領域２８−１Ａに結像され、同領域２４−６を透過したレーザ光のほとんどが検出領域２８−１Ｄに結像されることを示す。

同様に、Ｓ字特性の「−」側ピークは、領域２４−５，２４−６のそれぞれを透過したレーザ光のほとんどが、それぞれ、検出領域２８−１Ｂ，２８−１Ｃに、結像されることを示している。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、光ディスクＤの記録面のトラック（すなわちグルーブ（凹部）あるいはランド（凹部以外））で回折されたレーザ光の０次光と±１次回折光との重なり具合を示している。

例えば、光ディスクが、再生専用ディスクや追記型ディスクの場合は、グルーブ記録またはランド記録であり、記録に用いられない（記録マークが形成されない）ランドまたはグルーブは、記録に利用されるグルーブおよびランドにくらべ、幅が狭い。そのため、±１次回折光の回折角は大きくなり、例えば図４（ａ）のような光スポットの重なりが生起される。

一方、特に書き換え可能な光ディスクの場合は、記録密度を向上させるために、ランドおよびグルーブの両方に情報が記録される。従って、再生専用ディスクや追記型ディスクとは異なり、ランドおよびグルーブともに、同じ幅（再生専用ディスクや追記型ディスクの記録に用いられないランドまたはグルーブの幅に比較して広い幅）をとることになる。結果的に、ＲＯＭ（再生専用）や追記型よりも、トラック周期が大きくなり、±１次回折光の回折角が狭くなる。従って、図４（ｂ）に示すように、ランドおよびグルーブによる回折光（±１次回折光）と０次光（非回折光）とが重なる「重なり領域」が大きくなる。このことは、フォーカスに与える影響が増大されることを意味する。

なお、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すレーザ光の重なりに基づいて、多くの場合、図５に示す、一般的な円形の回折パターンが与えられたホログラムにより提供される。図５に示す一般的なホログラムにおいては、例えば概ね中心を通る境界線１０２４ａによりタンジェンシャル方向に区分された円形パターン１０２４を、領域１０２４−１，１０２４−５，１０２４−２の組と、同１０２４−２，１０２４−６，１０２４−４の組とに区分し、パターン１０２４−１と１０２４−４を、例えば（＋）１次回折光が円形パターン１０２４に重なる位置を境界線１０２４ＣＲにより、同１０２４−２と１０２４−３を、例えば（−）１次回折光が円形パターン１０２４に重なる位置を境界線１０２４ＣＬにより、それぞれ区分したものである。しかしながら、図５に示すようなパターンを用いると、以下に説明するように、Ｌ／Ｇ構造（ランド（平坦）部とグルーブ（溝）部からなる）トラックを有し、そのピッチが異なる複数種類の光ディスクから情報を再生するためにパターン１０２４−５または１０２４−６により回折される光を用いてフォーカス信号を得ようとすると、トラッククロス信号が漏れこむことに起因して、フォーカス動作が困難となる。

以下、ランドおよびグルーブの周期がどのようにフォーカスエラー信号に影響を与えるかを説明する。

図６（ａ）〜図６（ｆ）は、トラックピッチＴｐを、Ｔｐ＝０．３４μｍ、記録／再生用レーザ光の波長λを、λ＝４０５ｎｍ、対物レンズの開口数ＮＡを、ＮＡ＝０．６５とし、ＨＤ ＤＶＤの書き換え型光ディスクを想定して、光ディスクの記録面に集光されたのち、反射もしくは回折された反射レーザ光の強度分布を計算（シミュレーション）した結果を示す。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、光スポットの集光位置がちょうど光ディスクの記録面にある場合、すなわちデフォーカス量が０μｍ（ジャストフォーカス時）の強度分布を示し、図６（ａ）は光スポットがグルーブあるいはランドの中心にある場合、図６（ｂ）はグルーブとランドの中間にある場合である。

図６（ｃ）および図６（ｄ）は、光スポットの集光位置が光ディスクの記録面から１．０μｍにある場合、すなわちデフォーカス量が１．０μｍのときの強度分布を示し、図６（ｃ）は光スポットがグルーブまたはランドの中心にある場合、図６（ｄ）はグルーブとランドの中間にある場合である。

図６（ｅ）および図６（ｆ）は、光スポットの集光位置が光ディスクの記録面から２．０μｍにある場合、すなわちデフォーカス量が２．０μｍのときの強度分布を示し、図６（ｅ）は光スポットがグルーブまたはランドの中心にある場合、図６（ｆ）はグルーブとランドの中間にある場合である。

図６（ａ）および図６（ｂ）のように、デフォーカス量が０の場合は、０次光と±１次回折光の重なる領域全体が光スポットのラジアル方向、すなわち光スポットが、ランドおよびグルーブに対してどの位置にあるかに応じて差動的に強度が変化するプッシュ−プル動作が現れる。

一方、図６（ｃ）および図６（ｄ）のように、デフォーカス量が１．０μｍになると、０次光と±１次光の重なる領域に干渉縞が現れ、ラジアル方向に強度分布が生じる。さらに、光スポットの位置により、干渉縞の間隔は変化しないが、干渉縞のピークがラジアル方向に移動する。

また、図６（ｅ）および図６（ｆ）のように、デフォーカス量が２．０μｍになると、デフォーカス量が１．０μｍの場合に類似して、０次光と±１次光の重なる領域に干渉縞が現れる。なお、この場合、干渉縞の間隔（ピッチ）は、デフォーカス量が１．０μｍｎ場合の約半分になる。

上記のように、強度分布が変化する反射あるいは回折レーザ光を、図２に示したような分割パターンを持つホログラムにより分割すると、フォーカスエラー信号を生起するために利用されるパターン２４−５および２４−６に、０次光と±１次回折光の重なる領域が入る。

従って、フォーカスエラー信号用の領域２４−５，２４−６を透過するレーザ光の強度は、光スポットがランドおよびグルーブを横切る（トラッククロスする）際に変動する。また、デフォーカス量の変化に依存して、０次光と±１次回折光とが重なる領域に生じる干渉縞の間隔が変化することから、変動量（レーザ光の強度）は、デフォーカス量に依存する。

この変動の様子を計算し、グラフ化したものが図７の曲線ｂである。なお、図７において、横軸はデフォーカス量を、縦軸はフォーカスエラー信号の変動量を示す。

図７に、曲線ｂで示す例は、一般的な光ヘッド（例えば、図５のような回折パターンを用いる）に関するもので、デフォーカス量が１μｍまたは−１μｍである場合に、（フォーカスエラー信号の）変動量がピークを取ることが認められる。通常、フォーカスサーボを開始する場合、対物レンズを、強制的に光ディスクの記録面から遠ざけた後に、光ディスクに近付ける、といったフォーカス検出動作が実行される。

光スポットの集光位置が光ディスクの記録面に近づく従って、図８に示した実線のようなＳ字特性が検波され、正帰還領域に入ったことが検出されるので、その正帰還領域を過ぎた後、かつ反対側の正帰還領域に入るまでにフォーカスサーボをオンにすると、光スポットの集光位置が光ディスクの記録面に近づいて、フォーカスサーボがかかる。すなわち、光ディスクと対物レンズとの間の距離と対物レンズの焦点位置に規定される光スポットの最小位置が一致される。

ところで、図７に曲線ｂで示す（一般的な光ヘッド（例えば、図５のような回折パターンを用いた場合の）ような変動を伴う場合においては、変動のピークとフォーカスエラー信号のピークが近い場合、図８に示したように、対物レンズの位置が同一であっても、出力されるフォーカスエラー信号が大きく変動する。図８において、横軸はデフォーカス量であり、デフォーカス量の変動の影響を受けたフォーカスエラー信号が複数の破線で示されている。なお、図８において、個々の破線は、実線の結果が得られた位置から光スポットを半径方向に２トラック分だけ移動させたときのトラックの存在する領域からのフォーカスエラー信号を示している。

すなわち、図８から、デフォーカスが実質的に同じであっても、光スポットがトレースしている（照射されている）光ディスク上の位置（トラックによる回折の影響を受ける位置か否かにより）、フォーカスエラー信号のレベルが変動することが認められる。

一般に、フォーカスエラー信号に基づいてフォーカス制御をかける場合、トラッキング動作（制御）をオフにしている状態であることから、トラックに対する光スポットの位置は、不定であることに等しい（一定しない）と考えられる。従って、非回折光（０次光）と±１次回折光との重なりを境界に用いる一般的なホログラムを用いる限り、上述の変動は、避けられないものである。

なお、（３）式からも説明されるが、デフォーカスの量が０μｍである場合は、変動が打ち消し合うことから、フォーカスエラー信号の変動は少なくなるが、フォーカスエラー信号のピーク付近では、変動の影響を受け易い。すなわち、フォーカスエラー信号の変動がフォーカスエラーのピークに生じる場合は、既に説明したように、フォーカスサーボが開始できない等の問題が生じる要因となる。

換言すると、光ディスクＤのトラック（ランド／グルーブ）が存在する位置からのフォーカスエラー信号は、図８に破線で示した通り、その大きさが大きく変動することから、正帰還領域が正確に検出できなくなる場合がある。また、フォーカスエラー信号の変動がさらに大きくなると、フォーカスエラー信号が全く得られないことも予想される。

ところで、図６（ａ）〜図６（ｆ）から、干渉縞のピッチが変化する原因が光ディスクのランド／グルーブ構造によること、および干渉縞がタンジェンシャル方向に平行な方向に生じることが認められる。また、干渉縞は、光スポットがトレースしている（光が照射されている）光ディスク上の位置が変わったときに、ラジアル方向に移動することが確認されている。

このことから、フォーカスエラー信号の強度が干渉縞の移動に影響されないためには、フォーカスエラー信号を得ているホログラム領域内で、常に光量が略一定になるように、ホログラムパターンを分割すればよいことがわかる。すなわち、ラジアル方向に一直線の幅を持つ領域をフォーカスエラー信号の計算領域とすればよい。

図７に曲線ａで示す例は、上述した条件から、光ビーム（スポット）がトラック方向に沿って走査（移動）しているときにデフォーカスが起こった場合に、フォーカスエラー信号の和信号がどのように変動するかを、曲線ｂ（例えば、図５のような回折パターンを用いた場合）と対比させて示したものである。なお、図７に曲線ａで示す信号は、図１に示した光ディスク装置の光ヘッド装置において、ＨＯＥのパターンを図２に示したような、ラジアル方向に直線状に延びたパターンが与えられたホログラム素子を用いている。

再び、図７を参照すると、図２に示したパターンのホログラム素子を用いた場合には、曲線ａに示した通り、光スポットをトラック方向に走査した場合のフォーカスエラー信号の変動は、その大きさ（絶対値）が十分に低減されているうえに、デフォーカスが０μｍ付近で、ピークを有する。このことは、図７において、曲線ａに示した通り、変動が打ち消し合うことにより、フォーカスエラー信号の変動は少なくなることにより説明される。

図９は、図２に示した光ディスク装置に図５に示したような一般的なパターンが与えられたホログラムを用い、ＨＤ ＤＶＤ規格のディスクを再生した場合のフォーカスの検出範囲を示している。

図９から明らかなように、ＨＤ ＤＶＤ規格のディスクにおいては、フォーカス差信号のピークからピークまでの距離を現行のＤＶＤ規格あるいはＣＤ規格の光ディスクのように、あまり広く取ることができないために、±１μｍ前後に、フォーカス差信号のピークが存在することが認められる。この場合、図７に曲線ｂで示した通り、現行の一般的な光ヘッド（ホログラム回折パターン）を用いた場合に得られるフォーカスエラー信号の変動のピークが一致することが考えられる。従って、図２に示したような、ラジアル方向に対して一直線に確保された領域２４−５，２４−６を用いる検出系は、非常に有益である。

換言すると、図２に示したホログラムパターンを用いることで、レーザ光の回折の影響によりフォーカスエラー信号の大きさ（絶対値）が変動することは、ほとんどなくなる。すなわち、図２のホログラムパターンを用いることで、光スポットがランド／グルーブのどの位置にあっても、ほとんどフォーカスエラー信号の大きさが変動せずに、好適なフォーカスエラー信号が得られていることがわかる。これにより、ＨＤ ＤＶＤ規格の光ディスクに対しても、安定なフォーカス動作が達成される。

図１０は、図２に示したホログラムパターンの別の実施の形態を示す。

図１０において、フォーカスエラー信号を生成するために利用される分割パターン１２４−５および１２４−６（図２との識別のため「１００を加算した符号を付与している」）は、図４（ｂ）により説明した書き換え型ディスクの±１次回折光が透過される領域を外した（除いた）領域で構成されている。

すなわち、図１０に示すホログラムパターンを用いることで、トラック（ランド／グルーブ）構造に起因する回折光の影響を受けることなく、フォーカスエラー信号を得ることができる。従って、フォーカスエラー信号の大きさ（絶対値）が変動することも、実質的に解消されることは言うまでもない。

図１１および図１２は、図２に示したホログラムパターンのさらに別の実施の形態を示す。

図１１において、フォーカスエラー信号を生成するための分割パターン２２４−５および２２４−６（図２との識別のため「２００を加算した符号を付与している」）は、図４（ｂ）により説明した書き換え型ディスクの±１次回折光が透過される領域を外した（除いた）領域と図２に示したラジアル方向に延びた直線状の検出領域を重ね合わせた形状である。このように、回折光が透過される領域を除く領域と光ビームの強度が容易に確保できるラジアル方向に延びた領域とを重ね合わせることにより、例えば図１０に示したパターンを用いる場合に比較して信号強度（光ビームの強度）を高めることができる。

図１２は、図１１に示したパターンから、ノイズ成分となりうる成分を除去可能に、±１次回折光が透過される領域のうちの所定の割合（主として周縁部）を除去したパターン３２４−５および３２４−６（図２との識別のため「３００を加算した符号を付与している」）を規定したものである。従って、図１１に示したパターンを用いる場合に比較して、ノイズ成分となりうる周縁部からの入力が低減可能であり、結果として、Ｓ／Ｎ（信号／ノイズ）比が向上される。

なお、図１１または図１２に示すパターンを用いることにより、フォーカスエラー信号の大きさ（絶対値）が変動することも、実質的に解消可能であることは言うまでもない。

以上説明したように、本発明の少なくともラジアル方向に延びた光分割パターンにより分割された光スポットによりフォーカスエラー検出のための信号を生成することにより、ＨＤ ＤＶＤ規格の光ディスクに情報を記録し、または情報を再生する際のフォーカスエラーの大きさを正確に検出可能である。同時に、フォーカスエラー信号の大きさ（絶対値）が変動することが低減される。また、パターンの形状および大きさを最適に設定することにより、光検出器の受光領域の面積を縮小可能であり、出力信号に対するノイズ成分の大きさが低減される。

なお、この発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて、もしくは一部を削除して実施されてもよく、その場合は、組み合わせもしくは削除に起因したさまざまな効果が得られる。

例えば、上述した実施の形態においては、ホログラムによる光束の分割パターンは一例であり、これに限るものではない。

また、ホログラムを、光束を分割して偏向させるタイプとし、光ディスクからの反射光の一部光束のみをフォーカスエラー信号のために用いる例について説明したが、光束を分割せずに全体の０次光、±１次回折光いずれかを用いる方式においても適用可能である。

さらに、フォーカス検出（フォーカスエラー信号を得る）方法として、ナイフエッジ法を例に説明したが、フォーカス検出方法としては、例えば非点収差を利用する非点収差法やスポットサイズの変化を利用するスポットサイズ法等であってもかまわないことはいうまでもない。

また、発明の詳細な説明においては、光ディスク装置を例に実施の形態を説明したが、記録媒体として光ディスクを用いる動画撮影用カメラや、音楽データを収容する携帯用の音響機器等にも適用可能であることはいうまでもない。

この発明の実施の形態が適用可能な情報記録再生装置（光ディスク装置）の構成の一例を示す概略図。 図１に示した光ディスク装置の光ヘッドに用いられるホログラムによる光束分割のパターンならびにフォトダイオードの受光領域のパターンの一例を示す概略図。 図１に示した光ディスク装置の光ヘッドに用いられるフォトダイオードのフォーカス検出用受光領域の出力の一例を示すグラフ。 光ディスクの記録面のトラックのグルーブ（凹部）またはランド（凹部以外）で回折されたレーザ光の０次光と±１次光との重なりの一例を示す概略図。 光ディスクの記録面のトラックのグルーブ（凹部）またはランド（凹部以外）で回折されたレーザ光の０次光と±１次光との重なりの一例を示す概略図。 ランドおよびグルーブの周期がフォーカスエラー信号に与える影響を説明するための反射レーザ光の強度分布を計算（シミュレーション）した出力の写真。 光ヘッドに用いられるフォトダイオードのフォーカス検出用受光領域を透過したレーザ光の強度とデフォーカス量の関係を示すグラフ。 光ヘッドに用いられるフォトダイオードのフォーカス検出用受光領域によるフォーカスエラーの検出範囲（デフォーカス範囲）を変化させた際の出力の一例を示すグラフ。 図１に示した光ヘッドにおいて、超高密度の次世代ＤＶＤのフォーカスエラーを検出した結果を示すグラフ。 図２に示したホログラムパターンの別の実施の形態を示す概略図。 図２に示したホログラムパターンのさらに別の実施の形態を示す概略図。 図２に示したホログラムパターンのさらに別の実施の形態を示す概略図。

符号の説明

１…光ディスク装置（情報記録再生装置）、１１…光ピックアップ（光ヘッド装置）、１２…信号処理部、２１…レーザダイオード（光源）、２２…コリメートレンズ、２３…偏光ビームスプリッタ（分離手段）、２４…ホログラム（光分割素子）、２５…１／４波長板（偏光制御素子）、２６…対物レンズ（集光素子）、２７…フォーカスレンズ、２８…フォトダイオード（光検出器）、Ｄ…光ディスク（記録媒体）。

Claims (9)

1. 光を記録媒体の記録面に集光する集光手段と、前記記録媒体の前記記録面で反射された反射光を分割する分割手段と、前記分割手段により分割された前記反射光を受光する光検出手段と、を備え、
   前記分割手段は、前記反射光を前記記録媒体のラジアル方向に沿った直線状に分割可能であることを特徴とする光ヘッド装置。
2. 前記分割手段の前記記録媒体のラジアル方向に沿った直線状に分割可能な領域は、前記記録媒体のラジアル方向に平行な区分線を中心として、前記ラジアル方向に対して直交する方向に所定の間隔を有することを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
3. 前記分割手段により分割された前記反射光を前記光検出器により検出した信号は、前記集光手段を前記記録媒体の前記記録面を含む平面と直交する方向に移動させるための制御信号を生成するために利用されることを特徴とする請求項１または２に記載の光ヘッド装置。
4. 光源からの光を記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、
   前記記録媒体の前記記録面で反射された反射光を、複数に分割するとともに、分割された前記反射光の少なくとも１つに前記記録媒体に固有の回折の影響を受けないような所定の回折を与える光分割素子と、
   前記光分割素子により分割された前記反射光を受光し、その光強度に対応する信号を出力する光検出器と、
   を有することを特徴とする光ヘッド装置。
5. 前記光分割素子の前記反射光に所定の回折を与える領域は、前記記録媒体のラジアル方向と直交する方向に生じる前記記録媒体に固有の回折の影響を受けない位置に規定されることを特徴とする請求項４記載の光ヘッド装置。
6. 前記光分割素子により分割された前記反射光を前記光検出器により検出した信号は、前記集光手段を前記記録媒体の前記記録面を含む平面と直交する方向に移動させるための制御信号を生成するために利用されることを特徴とする請求項４または５に記載の光ヘッド装置。
7. 光を記録媒体の記録面に集光する集光手段と、前記記録媒体の前記記録面で反射された反射光を分割する分割手段と、前記分割手段により分割された前記反射光を受光する光検出手段と、を備え、前記分割手段は、前記反射光を前記記録媒体のラジアル方向に沿った直線状に分割可能であることを特徴とする光ヘッド装置と、
   前記光検出器の出力を、少なくとも前記対物レンズの位置の制御または前記記録媒体に記録されている情報の再生のために利用可能に処理する信号処理部と、
   を有することを特徴とする光ディスク装置。
8. 光源からの光を記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記記録媒体の前記記録面で反射された反射光を、複数に分割するとともに、分割された前記反射光の少なくとも１つに前記記録媒体に固有の回折の影響を受けないような所定の回折を与える光分割素子と、前記光分割素子により分割された前記反射光を受光し、その光強度に対応する信号を出力する光検出器と、を有することを特徴とする光ヘッド装置と、
   前記光検出器の出力を、少なくとも前記対物レンズの位置の制御または前記記録媒体に記録されている情報の再生のために利用可能に処理する信号処理部と、
   を有することを特徴とする光ディスク装置。
9. 回折可能な光を記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記記録媒体のラジアル方向と直交する方向に生じる前記記録媒体に固有の回折の影響を受けない位置に規定されるとともに、前記記録面で反射された反射光を前記記録媒体のラジアル方向に沿った区分線に対して直線状に分割して所定の回折を与える領域を有し、前記反射光を任意数および所定サイズの複数の光束に分割する分割手段と、前記分割手段により分割された前記反射光を受光してその光強度に対応する信号を出力する光検出器と、を備え、
   前記分割手段は、前記対物レンズが前記記録媒体の前記記録面を含む平面と直交する方向に移動される際のデフォーカス量が概ね０となる位置で前記光検出器の出力がピークとなるよう、前記反射光を分割することを特徴とする光ヘッド装置と、
   前記光検出器の出力を、少なくとも前記対物レンズの位置の制御または前記記録媒体に記録されている情報の再生のために利用可能に処理する信号処理部と、
   を有することを特徴とする光ディスク装置。

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