JP2007122805A - 光ヘッド装置及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の規格の記録媒体から情報を再生する際に、記録媒体の規格に拘わりなく、安定な再生信号が得られ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】この発明によれば、光検出器１４に、所定の数に分割された反射レーザ光を案内するための回折素子１７の回折パターンを、好適に組み合わせて簡略化したことにより、光ディスクから反射された反射レーザ光から光ディスクに記録されている情報を再生する際のトラッキングエラーの検出に利用される前記第１の信号および第２の信号ならびに第３の信号、ならびにフォーカスエラーの検出にしようされる前記第４の信号、および球面収差補償用の成分の検出に利用される前記第５の信号の検出に利用可能な出力を、得ることのできる光ヘッド装置１０の設計が容易となる。
【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。

レーザ光を用いて非接触で情報が記録可能で、あるいは既に記録されている情報を再生できる光ディスク（記録媒体）およびその光ディスクに情報を記録し、または光ディスクから情報を再生する光ディスク装置（光ディスクドライブ装置）が実用化されて久しい。なお、ＣＤ規格やＤＶＤ規格と呼ばれる複数種類の記録密度の光ディスクが既に広く普及している。

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。

ところで、ＤＶＤ規格の光ディスクやＨＤ ＤＶＤ規格の光ディスクは、規格ごとに、トラックである案内溝あるいは記録マーク列のディスクの径方向のピッチが異なる。このため、対物レンズにより集光されるレーザ光とトラックあるいは記録マーク列の中心を一致させるトラックエラー制御において、例えば回折格子を用いてフォーカスエラーの検出とトラッキングエラーの検出に、光ディスクで反射された反射レーザ光を回折素子により回折させて、必要数に分割する方法が既に広く利用されている。

例えば、特許文献１には、回折格子を細かい複数の領域に分割し、フォーカスエラーを検出する際に、回折格子により複数に分割された光に含まれるトラッキングオフセットの影響を低減することが記載されている。
特開２００２−１０００６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法は、互いに回折角の異なる２種の回折素子を緻密に組み合わせることにより２分割した光の光量を概ね同じとするもので、回折素子の分割領域と光検出器の受光領域が１対に対応する。

このため、フォーカス／トラッキングで異なる領域、もしくは領域をまたがった信号を取得することは困難であり、出力信号がノイズの埋もれ易くなる問題を含む。

そこで、本発明の目的は、上記の問題を解決するために成されたものであり、複数の波長のレーザ光による反射光あるいは複数のトラックピッチのデータ領域を持つ光情報記録媒体からの反射光等の回折角が異なるさまざまな反射光からトラッキングエラー信号を、確実に得ることができる光ディスク装置を提供することである。

この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、記録媒体からの反射光を、反射光の主光線を含んで、記録媒体のラジアル方向およびラジアル方向と直交するタンジェンシャル方向のそれぞれに、円形のパターンが同心円状に規定された少なくとも２つの回折領域を有し、前記反射光を回折する回折素子と、この回折素子により回折されたそれぞれの回折成分を受光し、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。

本発明によれば、さまざまな規格（種類）の光ディスクからの反射光を抽出すべき信号の種別に合わせて好適に取り出すことのできる光検出器と、その光検出器に、所定の数に分割された反射レーザ光を案内するための回折素子すなわちホログラム偏光素子の回折パターンが規定される。

これにより、光ディスクから反射されたレーザ光から光ディスクの種類や規格毎に信号を抽出するための光検出器の光検出領域の配列パターンも簡素化できる。

従って、特性的に安定で、かつ安価な光ヘッド装置および光ディスク装置が得られる。

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、本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。

図１に示す光ディスク装置１は、記録媒体（光ディスク）１００の詳述しない記録層、例えば有機膜あるいは金属膜もしくは相変化膜に情報を記録し、あるいは記録層に記録されている情報を読み出し、もしくは記録層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）１０を含む。なお、詳述しないが、光ディスク装置１は、光ヘッド装置１０に加え、光ヘッド装置１０を、光ディスクＤの記録面に沿って移動させる図示しないヘッド移動機構や光ディスクＤを所定の速度で回転させるディスクモータ（図示せず）等の機構要素を有する。また、光ディスク装置１は、後段に説明するが、光ヘッド装置１０に組み込まれる光検出器の出力を処理する信号処理部および光ヘッド装置１０の機構要素を制御する制御部等を含む。

光ヘッド装置１０は、光ディスク１００に近接して配置され、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）１２からのレーザ光を光ディスク１００の任意の記録層Ｌ０，Ｌ１に集光するとともに光ディスク１００の記録層から反射されたレーザ光を捕捉する対物レンズ１１を含む。なお、レーザダイオード（ＬＤ）１２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（レーザダイオード）１２からのレーザ光は、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）１９を通過し、コリメートレンズ（ＣＬ）１５によりコリメート（平行光化）され、光分割素子すなわちホログラムプレート（ホログラム光学素子（ＨＯＥ））がλ／４板（１／４波長板すなわち偏光制御素子）に一体に形成された回折素子１７を通過して、対物レンズ（ＯＬ）１１に案内される。なお、対物レンズ１１と回折素子１７は、レンズホルダ１３により一体的に保持されている。

対物レンズ１１に案内されたレーザ光は、対物レンズ１１により所定の集束性が与えられて、光ディスク１００の任意の記録層Ｌ０，Ｌ１のいずれかに、集光される。なお、光ディスク１００のそれぞれの記録層Ｌ０，Ｌ１には、例えば０．３４μｍ〜１．６μｍのピッチで、案内溝すなわちトラックもしくは記録マーク（記録済みデータ）列が、同心円状またはスパイラル状に形成されている。また、対物レンズ１１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１１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、いずれかの記録層（あるいはその近傍）に集光される（光源１２からのレーザ光は、対物レンズ１１の焦点位置で最小光スポットを呈する）。

対物レンズ１１（光ヘッド装置１０）は、例えば駆動コイルとマグネットを含む、図示しない対物レンズ駆動機構により、光ディスク１００のそれぞれの記録層のトラック（記録マーク列）を横切るトラック方向の所定位置、かつ記録層の厚さ方向であるフォーカス方向の所定位置に、位置される。なお、対物レンズ２５をトラック方向に移動させて、トラック（記録マーク列）の中心にレーザ光の最小光スポットを一致させるための対物レンズ１１の位置制御が、トラッキング制御と呼ばれる。また、対物レンズ１１をフォーカス方向に移動させて、記録層と対物レンズ１１との間の距離を、対物レンズ１１の焦点距離に一致させるための対物レンズ１１の位置制御が、フォーカス制御と呼ばれる。

光ディスク１００の任意の記録層Ｌ０，Ｌ１で反射された反射レーザ光は、対物レンズ１１により捕捉されたのち概ね平行な断面ビーム形状に変換され、回折素子１７に戻される。

回折素子１７は、λ／４を兼ねることから、回折素子１７に戻され、回折素子１７を通過して偏光ビームスプリッタ１９に戻された反射レーザ光は、光ディスク１００の記録層に向けられるレーザ光の偏光の方向と偏光の方向が９０度回転されていることにより、偏光ビームスプリッタ１９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１９で反射された反射レーザ光は、タンジェンシャルもしくはラジアル方向に対して４５度傾いたパワーを持つシリンドリカルレンズ２３により非点収差を与えられた後、コリメートレンズ１５により与えられる集束性により、フォトディテクター（光検出器（ＰＤ））１４の受光面に結像される。このとき、反射レーザ光は、回折素子１７を通過される際に、光検出器１４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、回折される。

光検出器１４の個々の受光部（図２または図３により後段に詳細を説明する）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、信号処理部２１により、ＨＦ（再生）出力、トラック誤差（エラー）信号ＴＥ、フォーカス誤差（エラー）信号ＦＥ等に利用可能に、演算処理される。なお、ＨＦ（再生）出力は、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。

信号処理回路２１により得られた信号はまた、サーボ回路２２を介して、光ヘッド装置１０の対物レンズ１１の位置を、対物レンズ１１と光ディスク１００の記録面の任意の記録層Ｌ０，Ｌ１との間の距離が対物レンズ１１の焦点距離に一致されるよう、光ディスク１００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１１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１００の任意の記録層Ｌ０，Ｌ１上でその所定のサイズとなるよう、対物レンズ１１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１１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１１は、光ディスク１００の記録層Ｌ０，Ｌ１のそれぞれ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１１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。

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回折される際のパターンならびに光検出器の受光領域の配列および形状の特徴（配列パターン）の一例を示す。図３は、図２に示した光ヘッド装置に適用される光検出器の受光領域の配置例の一例を示す概略図である。

図２に示されるように、回折素子（λ／４板にＨＯＥが一体化されている）１７は、Ｙ部として拡大して示すように、例えば概ね円形のパターンが同心円状に規定され、２つの光回折領域が形成される。すなわち、光回折領域は外側の円環部領域ｔと内側の円部領域ｓとで形成される。それぞれの光回折領域は、図２に一例を示すが、光ディスク１００の任意の記録層で反射された反射レーザ光を、図３に示す光検出器１４の受光面のパターンに合わせた所望の方向に、回折させることができる。本発明では、回折素子１７の円部領域ｓを通過した反射レーザ光を光検出器の田の字型（図３右側のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のパターンへ、円環部領域ｔを通過した反射レーザ光を光検出器の田の字型（図３左側のＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）のパターンへ回折させる。また、それぞれの受光領域（受光面のパターンＡ〜Ｈ）は、光ディスク１００のトラックまたは案内溝もしくは記録マーク列の接線方向と直交するラジアル方向（半径方向）と、ラジアル方向と直交するタンジェンシャル方向のそれぞれに沿う分割線により分割されている。

なお、回折素子１７に要求される特性は、異なるピッチのトラックが形成される光ディスクに記録された情報を再生する際のトラッキングエラーの検出に利用される位相差検出法（ＤＰＤ、第１の信号検出法）、およびプッシュプル法により得られるトラッキングエラー信号（ＰＰ、第２の信号検出法）ならびに補償トラッキングエラー信号（ＣＰＰ、第３の信号検出法）のＳ／Ｎを向上でき、またフォーカスエラー信号として利用される信号を検出するための第４の信号の検出や球面収差（ディスクの厚みむら）補正のための信号に利用される信号検出するための第５の信号の検出に利用可能である。しかも、記録層が２以上の光ディスクの任意の記録層からの反射光を検出可能であれば、その形状や面積比、分割数、回折方向等は、光検出器１４の受光領域の配列との組み合わせにより、任意に設定できる。

また、図２にＹ部拡大として示した回折素子１７に規定される境界円の大きさは、光ディスク装置１により再生可能な光ディスク（記録媒体）１００の記録面に予め形成されている案内溝（トラック）のピッチに基づいて規定されている。

例えば、再生可能な光ディスクが、広く普及しているＤＶＤ規格である場合、トラックピッチは、０．６８μｍである。

これに対し、現行のＤＶＤ規格の光ディスクに比較して記録密度が高められているＨＤ ＤＶＤ規格の光ディスクにおいては、データ領域のトラックは、そのトラックピッチが、０．３〜０．７μｍで、例えば０．３４〜０．４４μｍ、典型的には０．４０μｍであることが多い。なお、ＨＤ ＤＶＤ規格の光ディスクにおいては、システムリード−イン（System Lead-in）領域のトラックピッチは、０．６８μｍに決められている。

従って、図２に示した回折素子の同心円状の境界円の直径は、図示しないが、トラックピッチの広いトラック（例えば０．６８μｍ）から反射されたレーザ光による回折光同士が重なりあう領域を含み、トラックピッチの狭いトラック（例えば０．４０μｍ）から反射されたレーザ光による回折光のいずれも含まない領域に規定される。

また、図２にＹ部拡大として示した回折素子１７に求められる回折特性としては、少なくともラジアル（ｒａｄ）方向およびタンジェンシャル（ｔａｎ）方向に、光ディスク１００の任意の記録層からの反射光を、その中心光束（主光線または対物レンズ１１の概ね中心を通る成分）がラジアル方向およびタンジェンシャル方向の分割中心に一致するよう、分割可能であれば、特別な制限を受けない。なお、回折素子を同心円とすることは、ラジアル方向およびタンジェンシャル方向の分割中心から所定距離（半径）で分割される光（補償プッシュプル（ＴＥ）用または球面収差補正用）を、生成するために有益である。

例えば、境界円（内側の円の領域を規定する）の内側のパターンで回折された光を用いて周知の非点収差法により第１のＦＥ（フォーカスエラー）信号を生成し、境界円の外側のパターンで回折された光を用いて周知の非点収差法により第２のＦＥ（フォーカスエラー）信号を生成し、その差を用いて、以下に説明するｓａ（球面収差補正信号）を得ることができる。

光検出器１４の受光領域のパターンの詳細を図３に示す。光検出器１４の各受光領域に案内される回折素子１７で回折された光のそれぞれの回折方向は、任意に規定できる。ここでは、回折素子１７の円部領域ｓを通過した反射レーザ光が光検出器の田の字型（図３右側のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のパターンへ、円環部領域ｔを通過した反射レーザ光を光検出器の田の字型（図３左側のＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）のパターンへ回折させる。このような方法で回折させた場合、サーボ信号を以下のように得る。

光検出器１４の個々の受光領域の出力の組み合わせにより得られる信号としては、
フォーカスエラー信号（非点収差法）ＦＥ、
プッシュプル（Push Pull）法によるトラッキングエラー信号ＰＰ、
位相差検出法（Differential Phase Detection）によるトラッキングエラー信号ＤＰＤ、
対物レンズ１１のレンズシフトの影響を考慮した補償トラックエラー（Compensated Push Pull）法によるトラッキングエラー信号ＣＰＰ、
球面収差エラー信号（ｓａ）
があり、光検出器１４の個々の受光領域Ａ〜Ｈのそれぞれから出力を、ＳＡ〜ＳＨとするとき、
ＦＥ＝（ＳＡ＋ＳＣ）−（ＳＢ＋ＳＤ）
ＰＰ（ＴＥ）＝（ＳＥ＋ＳＦ）−（ＳＨ＋ＳＧ），または
（ＳＡ＋ＳＥ＋ＳＢ＋ＳＦ）−（ＳＤ＋ＳＣ＋ＳＨ＋ＳＧ）
ＤＰＤ（ＴＥ）＝ｐｈ（ＳＡ＋ＳＥ＋ＳＣ＋ＳＧ）−ｐｈ（ＳＢ＋ＳＦ＋ＳＤ＋ＳＨ）
ＣＰＰ（ＴＥ）＝（ＳＥ＋ＳＨ）−（ＳＦ＋ＳＧ）−ｋ１［（ＳＡ＋ＳＤ）−（ＳＢ＋ＳＣ）］
Ｓａ＝（ＳＡ＋ＳＣ）−（ＳＢ＋ＳＤ）−ｋ２［（ＳＥ＋ＳＧ）−（ＳＦ＋ＳＨ）］
ｋ（ｋ１≠ｋ２）は、任意の定数（光源からのレーザ光の波長および強度や回折素子の領域分割等の要因に基づいて決まる補正係数であり、正／負どちらもある）
により、それぞれの信号が検出される。

以上説明したように、本発明により規定した受光光学系を用いることにより、２つ以上の異なるピッチのトラックが形成される光ディスク（記録媒体）や２以上の記録層が積層された光ディスクに記録されている情報を再生する際のプッシュ−プル法によるトラッキングエラー信号（ＰＰ）および位相差法によるトラッキングエラー信号（ＤＰＤ）ならびに補償トラッキングエラー信号（ＣＰＰ）のＳ／Ｎを向上でき、またフォーカスエラーおよび球面収差（ディスクの厚みむら）補正のための信号検出に利用可能なさまざまな信号が容易に得られる。また、回折素子の回折パターン、分割数、回折方向等の特性を容易に設定できる。

また、この発明によれば、光検出器に、所定の数に分割された任意数の反射レーザ光を案内するための回折素子の回折パターンを、好適に組み合わせて一体化したことにより、光ディスクから反射された反射レーザ光からフォーカスエラー信号、トラックエラー信号、（レンズシフトのある系において、）補正用トラックエラー信号、及び再生信号（ＲＦ）を得る光ヘッド装置の設計が容易となる。

特に、光ディスクに固有のトラックまたは記録マーク列のピッチが異なるさまざまな光ディスクから信号を再生する場合において、トラックまたは記録マーク列のピッチの影響を受けにくい光ヘッド装置が得られる。

すなわち、記録媒体（光ディスク）からの反射光の領域を、ＦＥ（フォーカスエラー検出）用／ＴＥ（トラックエラー検出）用等に完全に分ける必要がなくなり、光ヘッド装置の設計自由度が広がる。また、複数の種類の記録媒体に、容易に対応可能となり、特に、３波長互換光学ヘッド装置を構成しやすくなる。

また、球面収差検出も可能であり、別途球面収差補正機構を備えることにより、多層化による球面収差も補正可能となる。

なお、この発明は、上述した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、個々の実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。

本発明が適用可能な光ディスク装置の一例を示す概略図。 図１に示した光ディスク装置に組み込まれる光ヘッド装置に用いられる回折素子（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（光検出器）の受光領域のパターンの一例を示す概略図。 図２に示した光ヘッド装置に適用される光検出器の受光領域の配置例の一例を示す概略図。

符号の説明

１…光ディスク装置（情報記録再生装置）、１０…光ヘッド（光ピックアップ）装置、１１…対物レンズ、１２…半導体レーザ素子（ＬＤ，光源）、１４…コリメートレンズ、１７…回折素子（光分割手段）、１９…偏光ビームスプリッタ（分離手段）、２１…信号処理部、２３・・・シリンドリカルレンズ、１００…光ディスク（記録媒体）。

Claims (6)

1. 記録媒体からの反射光を、反射光の主光線を含んで、記録媒体のラジアル方向およびラジアル方向と直交するタンジェンシャル方向のそれぞれに、円形のパターンが同心円状に規定された少なくとも２つの回折領域を有し、前記反射光を回折する回折素子と、
   この回折素子により回折されたそれぞれの回折成分を受光し、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。
2. 前記回折領域は、外側の円環部領域と内側の円部領域の２つの回折領域を有し、前記円環部領域を通過した反射光は前記光検出器の一方のパターンで受光され、前記円部領域を通過した反射光は前記光検出器の他方のパターンで受光されることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
3. 前記光検出器は、少なくとも８つの光検出領域を有し、これら光検出領域は前記記録媒体のトラックまたは案内溝もしくは記録マーク列の接線方向と直交するラジアル方向（半径方向）と、このラジアル方向と直交するタンジェンシャル方向のそれぞれに沿う分割線により分割されていることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
4. 記録媒体からの反射光を、反射光の主光線を含んで、記録媒体のラジアル方向およびラジアル方向と直交するタンジェンシャル方向のそれぞれに、円形のパターンが同心円状に規定された少なくとも２つの回折領域を有し、前記反射光を回折する回折素子と、
   この回折素子により回折されたそれぞれの回折成分を受光し、その光強度に対応する信号を出力する光検出器と、
   前記光検出器の受光領域から出力されるに基づいて、記録媒体に記録された情報を再生する際のトラッキングエラーの検出に利用される第１の信号検出法および第２の信号検出法ならびに補償トラッキングエラー信号として利用される信号を検出するための第３の信号検出法、フォーカスエラー信号を生成するための第４の信号、球面収差補償用の信号に利用可能な信号を生成するための第５の信号の少なくとも１つの信号を生成する信号出力部とを有することを特徴とする光ディスク装置。
5. 前記回折領域は、外側の円環部領域と内側の円部領域の２つの回折領域を有し、前記円環部領域を通過した反射光は前記光検出器の一方のパターンで受光され、前記円部領域を通過した反射光は前記光検出器の他方のパターンで受光されることを特徴とする請求項４記載の光ディスク装置。
6. 前記光検出器は、少なくとも８つの光検出領域を有し、これら光検出領域は前記記録媒体のトラックまたは案内溝もしくは記録マーク列の接線方向と直交するラジアル方向（半径方向）と、このラジアル方向と直交するタンジェンシャル方向のそれぞれに沿う分割線により分割されていることを特徴とする請求項４記載の光ディスク装置。
   
   

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