JP2010009682A - 光ヘッド装置、光情報処理装置及び信号検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の情報記録層を有する光情報記録媒体に対応した光ヘッド装置、光情報処理装置及びフォーカスエラー信号検出方法を提供する。
【解決手段】光ヘッド装置は、光ビームを出射する光源３０と、光ビームを情報記録媒体１０上に収束させる集光光学系と、情報記録媒体１０により反射された光ビームを回折させるホログラム素子２０と、ホログラム素子２０により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子４０とを備える。ホログラム素子２０は、情報記録媒体１０のラジアル方向（Ｘ方向）に延びる直線２６０により区画された２つの回折領域２６１及び２６２を有する。２つの回折領域のうちの少なくとも一方のパターンは、ラジアル方向のコマ収差を有し、コマ収差を有する回折領域により回折させられた回折光は、ラジアル方向のコマ収差を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ディスク、光カード等の光媒体上に記憶される情報の記録、再生、消去を行う光ヘッド装置、光情報処理装置及びフォーカスエラー信号検出方法に関するものである。

現在、高精細の動画や情報を記録するために、１枚の光情報記録媒体に記録できる容量を増大させる必要が生じている。そのため、光情報記録媒体に複数の記録層を設けることが考えられている。

例えば、再生専用の媒体としては、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ等の専用光情報記録媒体があり、片面２層記録のものが商品化されている。また、記録用の媒体としてはＤＶＤ−Ｒ ＤＬ（Dual Layer）、ＤＶＤ＋Ｒ ＤＬ（Double Layer）等の片面２層記録の光情報記録媒体が商品化されている。更に、次世代光情報記録媒体として、Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｃ、ＨＤ−ＤＶＤ等の片面２層の再生用、記録用の光情報記録媒体が登場してきている。

また、片面４層、８層の再生用、記録用の光情報記録媒体が考えられており、多層光記録媒体の記録再生技術は重要となってきている。このような光情報記録媒体を再生記録するために、例えば、特許文献１に開示の技術が提案されている。

一方、広く普及しているＣＤの記録再生もまた重要である。ＣＤの記録・再生用の光源には、波長７８０ｎｍ〜８２０ｎｍ帯の近赤外半導体レーザが用いられている。この一方、ＤＶＤの記録・再生用の光源には、記録密度を上げるため、より短波長である６３５ｎｍ〜６８０ｎｍ帯の赤色半導体レーザが用いられている。光ディスクドライブは、これら規格の異なる２種類のディスクに対して記録・再生が行えることが好ましく、そのような光ヘッド装置が開発されている（例えば、特許文献２）。

従来、図１４に示すような光ピックアップ装置が考えられている。以下、この従来の光ピックアップ装置の動作原理を示す。図１４は、回折格子（ホログラム）を用いた一般的な光ピックアップ装置の光学原理的構成を示す図である。

図１４に示す光ピックアップ装置において、半導体レーザ１０３０が記録・再生用のレーザ光線を出射し、該レーザ光線をコリメートレンズ１０１１が平行光束とする。平行光束となったレーザ光を、回折格子１０２４が１本のメインビームと２本のサブビームに回折させる。但し、図１４では光の経路だけを示している。

これら３本のビームは偏光ビームスプリッタ１０１５を透過した後にミラー１０１９により光ディスク１０１０の方向に向けられ、１／４波長板１０１６によって直線偏光を円偏光に変換される。更に、３本のビームは対物レンズ１０１２により光ディスク１０１０上に合焦させられる。光ディスク１０１０により反射されたレーザ光は再び対物レンズ１０１２、１／４波長板１０１６、ミラー１０１９を経て偏光ビームスプリッタ１０１５により光検出器１０４０の方向に反射される。反射光は検出レンズ１０１３により集光され、更にホログラム素子１０２０によって回折させられて光検出器１０４０に到達する。

尚、図１４において、光ディスク１０１０のラジアル方向をｘ方向、トラック方向をｙ方向、これら２方向に直交する方向をｚ方向と表す。

ホログラム素子１０２０は、図１５に示すように円板状であり、その中央に１本の分割線Ｂ１２が通っている。分割線Ｂ１２の方向は、光ディスク１０１０から反射されてくるビームの光束パターンにおける光ディスク１０１０のトラック方向（ｙ方向）と略平行になるように設定されている。また、分割線Ｂ１２の両側（図１５では左右）には、それぞれ円弧状の格子を有する２種類の回折領域１２６９Ａ及び１２６９Ｂが形成されている。

従って、３つのビーム（１本のメインビームと２本のサブビーム）は、それぞれ上記分割線Ｂ１２を跨ぐようにして入射し、その結果として少なくとも１２本の±１次回折光が形成されるようになっている。

これらの±１次回折光を受ける上記光検出器１０４０は、図１６に示すような受光面を有している。この例では、フォーカス検出にスポットサイズ法（ＳＳＤ法）、トラッキング検出に位相差法（ＤＰＤ法）及び差動プッシュプル法（ＤＰＰ法）を使用する場合を示している。

すなわち、この受光面は、中心線を対称軸として左右に２個ずつ３段に配列した１２個の光検出領域Ｓ１４〜Ｓ２５を備え、その各々は上記１２個の±１次回折光が到達する位置に対応するように配置されている。

中段の４つの光検出領域Ｓ１８〜Ｓ２１は、メインビームＳＰ１によるスポットに対応しており、フォーカス検出とＤＰＤ検出とを行なう。

上段及び下段の光検出領域Ｓ１４〜Ｓ１７及びＳ２２〜Ｓ２５は、２つのサブビームＳＰ２、ＳＰ３による光スポットにそれぞれ対応しており、ＤＰＰ検出を行なうためのものである。

また、中段の各光検出領域Ｓ１８〜Ｓ２１は、いずれも水平方向に４つに分割されてそれぞれ４つのセルを形成している。従って、受光面全体では２４の分割領域が存在することになる。

更に、ホログラム素子１０２０における一方の回折領域１２６９Ａを通過する光は、４列ある光検出領域のうちの外側の２列の光検出領域Ｓ１４、Ｓ１８及びＳ２２と、Ｓ１７、Ｓ２１及びＳ２５とに入射するように、また、他方の回折領域１２６９Ｂを通過する光は、内側の２列の光検出領域Ｓ１５、Ｓ１９及びＳ２３と、Ｓ１６、Ｓ２０及びＳ２４とに入射するように、それぞれホログラム素子１０２０のピッチ及びパターンが設定されている。

この例では、サーボエラー信号のフォーカスエラー信号はＳＳＤ法ＦＥ（ＳＳＤ）により検出し、また、トラッキングエラー信号はＤＰＤ法ＴＥ（ＤＰＤ）とＤＰＰ法ＴＥ（ＤＰＰ）（メインプッシュプルＴＥ（ＭＰＰ）とサブプッシュプルＴＥ（ＳＰＰ）の演算）とにより検出し、次の演算によって生成される。

ＦＥ（ＳＳＤ）＝（Ｂ＋Ｃ＋Ｆ＋Ｇ）−（Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｈ）
ＴＥ（ＤＰＤ）＝phase（Ａ＋Ｂ、Ｅ＋Ｆ）＋phase（Ｃ＋Ｄ、Ｇ＋Ｈ）
ＴＥ（ＭＰＰ）＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）−（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ）
ＴＥ（ＳＰＰ）＝Ｉ−Ｊ
ＴＥ（ＤＰＰ）＝ＴＥ（ＭＰＰ）−Gain（ＴＥ（ＳＰＰ））
ここで、phase（）は位相比較、Gain（）はある係数を表す。また、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊは、図１６に示す受光面によって得られる光信号の強度である。これらは、図１６に示す各光検出領域の記号を用いて、次のように表される。つまり、Ａ＝Ａ１＋Ａ２、Ｂ＝Ｂ１＋Ｂ２、Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２、Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２、Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２、Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２、Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２、Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ２、Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４、Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２＋Ｊ３＋Ｊ４である。

次に、規格の異なる２種類のディスクであるＣＤ及びＤＶＤに対して記録・再生が行える従来の光ヘッド装置を図１７に示す。

図１７の光ヘッド装置は、光ディスク１０１０から情報を読みとる光ヘッド装置である。該装置は、第１の波長λ１の光を出射する第１の光源である半導体レーザ１３０１と、第２の波長λ２の光を出射する第２の光源である半導体レーザ１３０２とを有する。半導体レーザ１３０１にはＤＶＤ用として発振波長６３５〜６８０ｎｍ帯の赤色半導体レーザを、半導体レーザ１３０２にはＣＤ用として波長７８０ｎｍ〜８２０ｎｍ帯の近赤外半導体レーザを使用し、光ディスク１０１０の種類により半導体レーザ１０３０もしくは半導体レーザ１３０２のいずれかを発光させる。

半導体レーザ１３０１から出射する光線Ｌ１及び半導体レーザ１３０２から出射する光線Ｌ２は、半導体レーザ１３０１及び半導体レーザ１３０２の出射前面に配置されたミラー１０１９により、光ディスク１０１０へ入射するように反射される。ミラー１０１９と光ディスク１０１０との間には集光手段（図示せず）が配置されており、光線Ｌ１及び光線Ｌ２はこの集光手段により光ディスク１０１０の情報記録面へ集光される。光ディスク１０１０にて反射された光線Ｌ１及び光線Ｌ２は、集光手段とミラー１０１９の間に配置されたホログラム素子１０２０により回折させられ、光検出器（１４０１、１４０２、１４０３、１４０４、１４０５及び１４０６）により検出される。

ホログラム素子１０２０は、回折領域１２６１及び回折領域１２６２の２つの領域からなり、以下のように入射光を回折させる。

つまり、ＤＶＤ再生の場合、入射した光線Ｌ１は回折領域１２６１と回折領域１２６２との境界線を境に２分割され、＋１次光及び−１次光を発生する。発生した＋１次光は光検出器１４０１及び光検出器１４０２に入射し、−１次光は光検出器１４０３及び光検出器１４０４に入射する。これらの光検出器１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４で検出された信号に基づき、ＤＶＤの再生時におけるフォーカス誤差信号（スポットサイズ検出（ＳＳＤ）法）／トラッキング誤差信号（位相差検出（ＤＰＤ）法）及び再生信号の検出を行う。

一方、ＣＤの再生の場合、入射した光線Ｌ２は、回折領域１２６１と回折領域１２６２との境界線を境に２分割され、＋１次光、−１次光を発生する。発生した＋１次光は光検出器１４０１及び光検出器１４０２に入射し、−１次光は光検出器１４０５及び光検出器１４０６入射する。これらの光検出器１４０１、１４０２、１４０５及び１４０６で検出された信号に基づき、ＣＤの再生時におけるフォーカス誤差信号（ＳＳＤ法）／トラッキング誤差信号（３光線法／プッシュプル（ＰＰ）法）及び再生信号の検出を行う。
特開２００１−２２９５７３号公報 特開２００１−１７６１１９号公報

しかしながら、図１４に示すような従来の光ピックアップ装置、つまり、一般的な回折格子（ホログラム素子）を用いた光ピックアップ装置によると、２層の記録層を有する光情報記録媒体を用いる場合に以下の問題が発生する。

２層の光情報記録媒体は、媒体の厚さ方向に２層の記録層を備えている。また、光ピックアップ装置に近い側である第１の記録層は半透明の記録層であり、光ピックアップ装置は第１の記録層と第２の記録層とではフォーカスを変えることによって両層について記録又は再生を行なうことができる。

このような２層の光情報記録媒体を従来の光ピックアップ装置において用いると、トラッキング信号を検出する際に問題が発生する。具体的には、トラッキング用のサブプッシュプル信号が乱れる。この原因は、合焦されていない側の記録層からの反射光がデフォーカス光として光検出器１０４０の検出領域に被さってしまうことである。

図１８及び図２０にその様子を示す。図２０は、２層光情報記録媒体のうち、光ピックアップ装置に遠い第１の情報記録層１８０１に合焦しているときの様子を示す。光検出器１０４０上の検出領域には、合焦された第１の情報記録層１８０１からの集光ビームの他に、合焦されていない他方であるオフフォーカス層（第２の情報記録層１８０２）からのデフォーカス光が入射する。デフォーカス光は、第２の情報記録層１８０２の記録領域１８０２ａと未記録領域１８０２ｂとの境界を跨いで通過するとき、光量のアンバランスに起因してトラッキングエラー信号に特に影響を及ぼす。この際、３ビームのうちサブビームよりも光量の大きいメインビームのデフォーカス光が主な要因となる。

図１８に、メインビームのデフォーカス光が各光検出領域を覆うように入射している様子を示す。メインビームのデフォーカス光は、ＴＥ（ＭＰＰ）を生成する光検出領域Ｓ１８、Ｓ１９、Ｓ２０及びＳ２１からはみ出し、ＴＥ（ＳＰＰ）を生成する光検出領域Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４及びＳ２５にまで入射している。

通常、ＴＥ（ＳＰＰ）信号を生成する光検出領域のゲインは、ＴＥ（ＭＰＰ）を生成する光検出領域のゲインよりも大きく設定されている。このため、デフォーカス光はＴＥ（ＳＰＰ）に強く影響を及ぼす。

デフォーカス光が第２の情報記録層１８０２の記録領域１８０２ａと未記録領域１８０２ｂとを跨いで通過するときのＴＥ（ＳＰＰ）信号を図１９に示す。但し、ＡＣ信号のない場合を示している。

このように、記録領域と未記録領域を跨いで通過するときＴＥ（ＳＰＰ）信号がふらついてしまい、安定したトラッキングエラー信号を生成することができない。このことが問題の一つである。尚、以上とは逆に第２の情報記録層１８０２に合焦している場合、第１の情報記録層１８０１からの反射光により同様の問題が発生する。

更に、ＤＶＤの再生には、ＤＰＤ信号とＦＥ信号とを同時に検出するために少なくともＡ〜Ｈの８個の検出領域によって受光する必要があった。そのため、各々の検出領域に対してアンプ回路が必要となり、アンプノイズの増加による再生信号の劣化、回路オフセットによるサーボ信号の劣化等が問題となる。また、使用する集積回路の回路規模も大きくなり、コストが高くなるという問題もあった。よって、これらの点の解決が課題となっている。

また、図１７に示すような従来の光ヘッド装置の場合、半導体レーザ１３０１と半導体レーザ１３０２とには発光点間隔ｄがある。

このため、半導体レーザ１３０１をホログラム素子の中心設定をすると、半導体レーザ１３０２はホログラム素子１０２０の中心からずれてしまう。この結果、半導体レーザ１３０２でのプッシュプル法によるトラッキング誤差信号にアンバランスが発生し、安定したトラッキング誤差信号を得ることができない。

同様に、半導体レーザ１３０２をホログラム素子の中心に持っていくと、半導体レーザ１３０１はホログラム中心からずれてしまう。そのため半導体レーザ１０３０でのＤＰＤ法によるトラッキング誤差信号にアンバランスが発生し、安定したトラッキング誤差信号を得ることができない。

更に、光ディスクを記録するために必要な差動プッシュプル（ＤＰＰ）法などによるトラッキング誤差信号を生成することが不可能である。

以上から記録・再生装置において安定したトラッキング誤差信号の検出に対応できないという問題が生じる。この点も、解決するべき課題となっている。

以上の課題に鑑みて、本発明の目的は、少なくとも２層の光情報記録媒体に対応可能であると共に、より正確で且つ安定した記録再生を実現するフォーカス／トラッキング誤差信号の検出を可能とする低コストな光ヘッド装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の光ヘッド装置は、光ビームを出射する光源と、光ビームを情報記録媒体上に収束させる集光光学系と、情報記録媒体により反射された光ビームを回折させるホログラム素子と、ホログラム素子により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子とを備え、ホログラム素子は、情報記録媒体のラジアル方向に延びる直線により区画された２つの回折領域を有し、２つの回折領域のうちの少なくとも一方のパターンは、回折光に、ラジアル方向のコマ収差を与えるパターンである。

尚、受光素子が有する複数の検出領域のうちの少なくとも一対の検出領域は、ラジアル方向に延びる分割線を挟み対向して配置され、分割線上に、コマ収差を与えられた回折光が入射し、一対の検出領域において検出した信号に基づいてフォーカスエラー信号を得ることが好ましい。

第１の光ヘッド装置によると、ホログラム素子の回折領域は情報記録媒体のラジアル方向に延びる直線により区画されており、それぞれの回折光を複数の受光領域により検出することができる。このため、ラジアル方向については、受光素子に入射する光に変動があったとしても相殺することができる。よって、複数の情報記録層を有する情報記録媒体を用いる場合に、合焦されていない情報記録層からのデフォーカス光について、前記情報記録層の記録領域と未記録領域との境界を通過して強度が変化したとしても、その影響を受けることなく安定してフォーカスエラー信号を得ることができる。

前記の目的を達成するため、本発明の第２の光ヘッド装置は、光ビームを出射する光源と、光ビームを情報記録媒体上に収束させる集光光学系と、情報記録媒体により反射された光ビームを回折させるホログラム素子と、ホログラム素子により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子とを備え、受光素子が有する複数の検出領域は、情報記録媒体のラジアル方向に延びる第１の分割線を挟み対向して配置された第１の光検出領域及び第２の光検出領域と、ラジアル方向に延びる第２の分割線を挟み対向して配置された第３の光検出領域及び第４の光検出領域とを含み、ホログラム素子は、ラジアル方向に延びる直線により区画された第１の回折領域及び第２の回折領域を有し、第１の回折領域のパターンは、ラジアル方向のコマ収差を有し且つ第１の分割線上に収束する回折光を発生し、第２の回折領域のパターンは、ラジアル方向のコマ収差を有し且つ第２の分割線上に収束する回折光を発生し、第１の検出領域における信号と第２の検出領域における信号との差信号、及び、第３の検出領域における信号と第４の検出領域における信号との差信号に基づいてフォーカスエラー信号を得る。

第２の光ヘッド装置においても、ホログラム素子の回折領域は情報記録媒体のラジアル方向に延びる直線により２つに区画されている。また、受光素子の検出領域についても、ラジアル方向に延びる分割線を挟んで対向するように配置されている。よって、第１の光ヘッド装置と同様に、複数の情報記録層を有する情報記録媒体を用いる際にも、安定してフォーカスエラー信号を得ることができる。

前記の目的を達成するため、本発明の第３の光ヘッド装置は、光ビームを出射する光源と、光ビームから１つのメインビーム及び２つのサブビームを生成する回折格子と、メインビーム及びサブビームをそれぞれ情報記録媒体上に収束させる集光光学系と、情報記録媒体により反射されたメインビーム及びサブビームを回折させるホログラム素子と、ホログラム素子により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子とを備え、ホログラム素子は、情報記録媒体のラジアル方向に延びる直線により２つに区画された回折領域を有し、２つの回折領域の少なくとも一方のパターンは、回折光に、ラジアル方向のコマ収差を与えるパターンである。

尚、受光素子が有する複数の検出領域は、ラジアル方向に延びる第１の分割線を挟み対向して配置された第１の一対の検出領域と、ラジアル方向に延びる第２の分割線を挟み対向して配置された第２の一対の検出領域とを含み、第１の一対の検出領域の第１の分割線上に、メインビームのコマ収差を与えられた回折光が入射し、第１の一対の検出領域において検出した信号に基づいてフォーカスエラー信号を得ると共に、第２の一対の検出領域の第２の分割線上に、サブビームのコマ収差を与えられた回折光が入射し、第２の一対の検出領域において検出した信号に基づいてトラッキングエラー信号を得ることが好ましい。

第３の光ヘッド装置においても、ホログラム素子の回折領域は情報記録媒体のラジアル方向に延びる直線により２つに区画されている。また、受光素子の検出領域についても、ラジアル方向に延びる分割線を挟んで対向するように配置されている。よって、第１の光ヘッド装置と同様に、複数の情報記録層を有する情報記録媒体を用いる際にも、安定してフォーカスエラー信号を得ることができる。更に、光源から１つのメインビーム及び２つのサブビームを生成し、それぞれフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を得るために用いることができる。

また、第１〜第３の光ヘッド装置において、光源の発光点に対してラジアル方向に並び且つ発光点とは異なる波長の光ビームを出射する他の発光点を備えることが好ましい。

このようにすると、複数の波長の光ビームを用いることができる光ヘッド装置となり、ＣＤとＤＶＤ等の記録・再生のために互いに異なる波長の光を必要とする複数種類の情報記録媒体に対応することができる。ここで、発光点に対して他の発光点はラジアル方向に並んでいるため、発光点と他の発光点との間に一定の距離を取っていることについては、どちらの波長の光を用いる場合におけるフォーカスエラー信号等の検出にも影響しない。

前記の目的を達成するため、本発明に係る光情報処理装置は、情報記録媒体に光を照射することにより情報の記録及び再生を行なう光情報処理装置であって、本発明に係るいずれかの光ヘッド装置を備える。

本発明の光情報処理装置によると、多層の情報記録媒体を用いる場合にも安定してフォーカスエラー信号等の検出が行えることから、より安定した記録・再生が可能である。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第１のフォーカスエラー信号検出方法は、光ビームを出射する光源と、光ビームを情報記録媒体上に収束させる集光光学系と、情報記録媒体により反射された光ビームを回折させるホログラム素子と、ホログラム素子により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子とを備える光ヘッド装置において、ホログラム素子は、情報記録媒体のラジアル方向に延びる直線により区画された２つの回折領域を有し、２つの回折領域のうちの少なくとも一方のパターンは、回折光に、ラジアル方向のコマ収差を与えるパターンであり、受光素子が有する複数の検出領域のうちの少なくとも一対の検出領域は、ラジアル方向に延びる分割線を挟み対向して配置され、分割線上に、コマ収差を与えられた回折光が入射し、一対の検出領域において検出した信号に基づいてフォーカスエラー信号を得る。

また、本発明の第２のフォーカスエラー信号検出方法は、光ビームを出射する光源と、光ビームを情報記録媒体上に収束させる集光光学系と、情報記録媒体により反射された光ビームを回折させるホログラム素子と、ホログラム素子により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子とを備える光ヘッド装置において、受光素子が有する複数の検出領域は、情報記録媒体のラジアル方向に延びる第１の分割線を挟み対向して配置された第１の光検出領域及び第２の光検出領域と、ラジアル方向に延びる第２の分割線を挟み対向して配置された第３の光検出領域及び第４の光検出領域とを含み、ホログラム素子は、前記ラジアル方向に延びる直線により区画された第１の回折領域及び第２の回折領域を有し、第１の回折領域のパターンは、ラジアル方向のコマ収差を有し且つ第１の分割線上に収束する回折光を発生し、第２の回折領域のパターンは、ラジアル方向のコマ収差を有し且つ第２の分割線上に収束する回折光を発生し、第１の検出領域における信号と第２の検出領域における信号との差信号、及び、第３の検出領域における信号と第４の検出領域における信号との差信号に基づいてフォーカスエラー信号を得る。

本発明のフォーカスエラー信号検出方法によると、ラジアル方向に延びる直線により２つに区画された回折領域によって情報記録媒体からの反射光が回折させられる。それぞれの回折領域による回折光は、それぞれ、ラジアル方向の分割線によって区画された回折領域に対して入射する。このようなことから、本発明の光ヘッド装置に関して説明したのと同様に、多層の情報記録媒体を使用する際にも安定してフォーカスエラー信号を検出することができる。

本発明の光ヘッド装置によると、複数の情報記録層を有する情報記録媒体に対応可能であり、より正確で且つ安定した記録・再生を可能とする安定なトラッキングエラー信号を検出することができる。また、２つの波長に対応して２つの光源を有する光ヘッド装置において、どちらの光源を用いる場合にも安定してトラッキングエラー信号を検出することが可能であり、使用する光の波長がそれぞれ異なる各種の情報記録媒体についても安定して記録・再生を行なうことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における光ヘッド装置の構成を模式的に示した図である。

該光ヘッド装置において、発光点Ｐ０を有する半導体レーザ３０と、光検出器４０とが保持手段７４１に固定されている。また、回折格子２４と、回折領域２６１及び２６２とを備えるホログラム素子２０が設けられ、該ホログラム素子２０は、保持手段７４１に対し、他の保持手段（図示省略）によって所定の位置関係に固定されている。

ここで、他の保持手段は、光ヘッド装置の光学台であっても良い。しかし、光学台とは別の保持部材を用い、ホログラム素子２０、半導体レーザ３０及び光検出器４０を一体化するユニットを構成するのであっても良い。このようなユニットを用いると、光学系をより安定に構成することができる。

また、光ヘッド装置はコリメートレンズ１１及び対物レンズ１２を備え、半導体レーザ３０が出射するレーザ光（光線Ｌ０）を情報記録媒体である光ディスク１０に集光させる集光光学系を構成している。更に、光ヘッド装置は、対物レンズの光軸方向（Ｚ方向）及び光ディスク１０のラジアル方向（Ｘ方向）に対物レンズを駆動変位させるレンズ駆動機構（図示省略）を備えている。

以下、特にことわりのない限り、図１中に示す通り、集光光学系の光軸の方向をＺ方向、光ディスク１０の径方向（ラジアル方向）をＸ方向、光ディスク１０のトラック方向（タンジェンシャル方向）をＹ方向とする。尚、光ヘッド装置の光学系において、ミラー、プリズム等を用いて光軸を折り曲げた場合にも、光軸及び光ディスク１０の写像を基準に方向を定義する。

次に、本実施形態の光ヘッド装置において半導体レーザ３０が出射するレーザ光について説明する。半導体レーザ３０から出射された光線Ｌ０は、ホログラム素子２０が備える回折格子２４により所望の比率に回折させられ、０次光であるメインビーム（Ｌ０ａ）と、±１次光であるＬ０ｂ及びＬ０ｃ（個別の図示は省略）とに分離される。これらのビームは、ホログラム素子２０の回折領域２６１及び２６２を透過した後、コリメートレンズ１１及び対物レンズ１２により、光ディスク１０の情報記録面上に集光される。更に、光ディスク１０により反射された反射光は、対物レンズ１２及びコリメートレンズ１１により半導体レーザ３０の発光点Ｐ０に収束する光に変換される。このように変換された光は、ホログラム素子２０に入射して回折領域２６１及び２６２により回折させられる。回折させられた光は光検出器４０に入射し、信号として検出される。ここで、回折格子２４は、回折領域２６１及び２６２による回折光が入射して更に回折を受けることの無いように大きさと位置とを設定されている。

次に、ホログラム素子２０に備えられた回折領域２６１及び２６２と、光検出器４０について詳細を説明する。図２は、ホログラム素子２０に備えられた回折領域２６１及び２６２を示し、図３は、光検出器４０の構成を示す。また、図２及び図３に示されているＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、いずれも図１に示す３軸と同じである。

図２に示すように、ホログラム素子２０は、光線Ｌ０のほぼ中心（集光光学系の光軸）を通る位置であり且つＸ軸に平行な直線２６０により２つに区画された回折領域２６１及び回折領域２６２を備えている。これらの格子パターンは前述のように半導体レーザ３０から出射された光をそのまま透過させると共に、光ディスク１０にて反射された戻り光を光検出器４０に向けて回折させるものとなっている。更に、回折領域２６１及び回折領域２６２は互いに異なる格子パターンを有しており、回折領域２６１及び２６２による回折光は、光検出器４０に対し、それぞれ相対的にＸ方向のマイナス側及びプラス側に入射するようになっている（図１を参照）。

この一方、光検出器４０は、図３に示す通り、Ｘ方向に並ぶ光検出領域群４５１及び光検出領域群４５２を有している。更に、光検出器４０は、光検出領域群４５１及び４５２を挟んでＹ方向の両側に、光検出領域群４５３及び光検出領域群４５４を有している。

これらの光検出領域群のうちの光検出領域群４５１及び４５２は、光ディスク１０からの戻り光のうちのメインビーム（Ｌ０ａ）と関係する。光検出領域群４５１は、Ｘ軸にほぼ平行な第１の分割線４６１を挟んで向かい合うように配置された光検出領域４５１ａ及び光検出領域４５１ｂを備えている。また、光検出領域群４５２は、やはりＸ軸にほぼ平行な第２の分割線４６２を挟んで対向するように配置された光検出領域４５２ａ及び光検出領域４５２ｂを備えている。

前述の回折領域２６１の格子パターンは、ここに入射する光ディスク１０からの戻り光のうちのメインビーム（Ｌ０ａ）が、光検出領域群４５１における第１の分割線４６１を跨いで（光検出領域４５１ａ及び４５１ｂに）入射するように回折させる格子パターンである。また、該格子パターンは、メインビームを回折させて、Ｘ方向のコマ収差をもって光検出領域群４５１に入射するスポット６０１ａを形成する格子パターンでもある。

このとき、光検出領域４５１ａにおいて検出される光は、主として図２におけるＸ軸のプラス側寄りの光であり、光検出領域４５１ｂにおいて検出される光は、主として図２におけるＸ軸のマイナス側寄りの光である。このため、光検出領域４５１ａ及び４５１ｂを、後述する通り、プッシュプル法によるトラッキングエラー信号の検出に利用することができる。

同様に、回折領域２６２の格子パターンは、ここに入射する光ディスク１０からの戻り光のうちのメインビーム（Ｌ０ａ）が、光検出領域群４５２における第２の分割線４６２を跨いで（光検出領域４５２ａ及び４５２ｂに）入射するように回折させる格子パターンである。更に、該格子パターンは、メインビームを回折させて、Ｘ方向であり且つ回折領域２６１の極性とは逆のコマ収差をもって光検出領域群４５２に入射するスポット６０２ａを形成する格子パターンでもある。

このとき、光検出領域４５２ａにおいて検出される光は、主として図２におけるＸ軸のプラス側の光であり、光検出領域４５２ｂにおいて検出される光は、主として図２におけるＸ軸のマイナス側の光である。このため、光検出領域４５２ａ及び４５２ｂを、プッシュプル法によるトラッキングエラー信号の検出に利用可能である。

次に、光検出領域群４５３は、Ｘ軸にほぼ平行な第３の分割線４６３を挟んで対向するように配置された光検出領域４５３ａ及び光検出領域４５３ｂを備え、同様に、光検出領域群４５４は、Ｘ軸にほぼ平行な第４の分割線４６４を挟んで対向するように配置された光検出領域４５４ａ及び光検出領域４５４ｂを備える。これらの各光検出領域には、光ディスク１０からの戻り光のうちのサブビーム（Ｌ０ｂ及びＬ０ｃ）が入射する。

サブビームＬ０ｂは、ホログラム素子２０によって回折させられ、光検出領域群４５３に対して第３の分割線４６３を跨ぐように入射する。この際、ホログラム素子２０の回折領域２６１により回折させられた光はスポット６０１ｂとして、回折領域２６２により回折させられた光はスポット６０２ｂとして入射する。

同様に、サブビームＬ０ｃは、ホログラム素子２０によって回折させられ、光検出領域群４５４に対して第４の分割線４６４を跨ぐように入射する。この際、ホログラム素子２０の回折領域２６１により回折させられた光はスポット６０１ｃとして、回折領域２６２により回折させられた光はスポット６０２ｃとして入射する。

サブビームＬ０ｂ及びＬ０ｃについても、メインビームＬ０ａと同様に、各スポットが入射する２つの光検出領域における信号に基づき、プッシュプル法によるトラッキングエラー信号を得ることができる。

次に、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号の検出方法について説明する。本実施形態の光ヘッド装置において、フォーカスエラー信号ＦＥについては後に詳述する方法に基づき、式１の演算により算出する。また、トラッキングエラー信号として、ＤＰＤ法によるトラッキング信号ＴＥ_DPD と、ＤＰＰ法によるトラッキングエラー信号ＴＥ_DPP とは、次の各式の演算により生成される。

ＦＥ ＝（Ｂ＋Ｄ）−（Ａ＋Ｃ） …… （式１）
ＴＥ_DPP ＝ＴＥ_MPP −ｋ・ＴＥ_SPP …… （式２）
ＴＥ_DPD ＝phase （Ａ，Ｂ）−phase （Ｃ，Ｄ） …… （式３）
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦは、図３に示す各光検出領域において検出される信号に対応する。具体的には、Ａは光検出領域４５１ｂ、Ｂは光検出領域４５１ａ、Ｃは光検出領域４５２ａ、Ｄは光検出領域４５２ｂにおいて検出される信号である。また、Ｅは、光検出領域４５３ｂにおいて検出される信号と光検出領域４５４ｂにおいて検出される信号との和であり、Ｆは、光検出領域４５３ａにおいて検出される信号と光検出領域４５４ａにおいて検出される信号との和である。

更に、ＴＥ_MPP はメインビームのプッシュプル信号、ＴＥ_SPP はサブビームのプッシュプル信号であり、それぞれ次式にて与えられる。

ＴＥ_MPP ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） …… （式４）
ＴＥ_SPP ＝Ｅ−Ｆ …… （式５）
ここで、ｋは定数であり、対物レンズ１２のシフトにより生じるＴＥ_DPP の変動が最小になるように最適化される。

また、光ディスク１０に記録された情報を読み取る信号である信号ＲＦは、次式にて与えられる。

ＲＦ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ …… （式６）
（式１）、（式３）から分かるように、ＤＶＤの再生に必要なＤＰＤ信号とＦＥ信号とを検出するための検出領域はＡ〜Ｄの４個であり、従来必要であった８個に比べて半分の領域数となっている。このため各々の検出領域に対して必要なアンプ回路が半減でき、アンプノイズを低減し且つ回路オフセットも抑えることができることになり、良好な再生信号及びサーボ信号を得ることができる。また、使用する集積回路の回路規模も小さくできるため、安価な光ヘッドを実現することができる。

次に、本実施形態の光ヘッド装置におけるフォーカスエラー信号の検出方法について詳細に説明する。

まず、フォーカスエラー信号を検出するための動作について説明する。

図４（ａ）〜（ｅ）は、光ディスク１０の位置に対応して変化する光検出器４０上のスポット６０１ａ及び６０１ｂの形状を示す。また、図５は、光ディスク１０の位置とフォーカスエラー信号との関係を示す。図５において、光ディスク１０の情報記録面に最小スポットが形成される状態、つまり合焦点状態を原点としており、状態（ｃ）と呼ぶ。状態（ｃ）を中心として、これに比べて光ディスク１０の位置の近い側から遠い側へと順に状態（ａ）〜（ｅ）を考えるとき、それぞれの状態におけるスポット６０１ａ及び６０１ｂの形状が図４（ａ）〜（ｅ）に対応する。

まず、合焦点状態である状態（ｃ）の場合、スポット６０１ａは光検出領域４５１ａ及び光検出領域４５１ｂに同程度に分布するように位置する。同時に、スポット６０１ｂは、光検出領域４５２ａ及び光検出領域４５２ｂに同程度に広がるように位置する。このため、Ａ（光検出領域４５１ｂからの信号）とＢ（光検出領域４５１ａからの信号）、及び、Ｃ（光検出領域４５２ａからの信号）とＤ（光検出領域４５２ｂからの信号）はそれぞれバランスがとれており、（式１）で表されるフォーカスエラー信号ＦＥは零となる。

Ｘ方向のコマ収差をもって光検出領域威群に入射するスポットを形成する格子パターンを回折領域が備えていることから、合焦点状態（ｃ）よりも光ディスク１０が対物レンズ１２に近付いた状態（ｂ）の場合、近付いた距離に応じて、スポット６０１ａは光検出領域４５１ａよりも光検出領域４５１ｂの側に偏った分布となるように移動する。同時に、スポット６０１ｂは、光検出領域４５２ｂよりも光検出領域４５２ａの側に偏った分布となるように移動する（図４（ｂ）を参照）。

この結果、（式１）により表されるフォーカスエラー信号ＦＥは、マイナスの値となる。

更に光ディスク１０が対物レンズ１２に近付いて状態（ａ）になると、図４（ａ）に示す通り、スポット６０１ａの全体が光検出領域４５１ａに、スポット６０１ｂの全体が光検出領域４５２ａに、それぞれ移動する。この状態のとき、フォーカスエラー信号ＦＥは最小値となる。

逆に、合焦点状態（ｃ）よりも光ディスク１０が対物レンズ１２から遠ざかった状態（ｄ）の場合、遠ざかった距離に応じて、スポット６０１ａは光検出領域４５１ｂよりも光検出領域４５１ａの側に偏った分布となるように移動する。同時に、スポット６０１ｂは、光検出領域４５２ａよりも光検出領域４５２ｂの側に偏った分布となるように移動する（図４（ｄ）を参照）。この結果、（式１）のフォーカスエラー信号ＦＥは、プラスの値となる。

更に光ディスク１０が対物レンズ１２から離れて状態（ｅ）になると、図４（ｅ）に示す通り、スポット６０１ａの全体が光検出領域４５１ａに、スポット６０１ｂの全体が光検出領域４５２ｂに、それぞれ移動する。この状態のとき、フォーカスエラー信号ＦＥは最大値となる。

以上のように、光ディスク１０の対物レンズ１２に対する位置に応じて変化する信号として、フォーカスエラー信号ＦＥを得ることができる。ここで、フォーカスエラー信号ＦＥが最大値を取る位置と、最小値を取る位置との間隔、つまり、フォーカスエラー信号ＦＥの検出範囲は、ホログラム素子２０のコマ収差の量によって設定することができる。

次に、以上のような本実施形態におけるフォーカスエラー信号の検出方法によると、複数の情報記録層を有する光情報記録媒体にも対応可能であることを説明する。

まず、２層の光情報記録媒体について説明する。図６は、情報記録層８０１及び８０２を有する２層光情報記録媒体である光ディスク１０を用いて情報の記録・再生を行なう様子を示す模式図である。ここでは、対物レンズ１２から遠い側の情報記録層８０１に光の焦点が合った状態を示している。

このとき、入射光は情報記録層８０１によって反射されるのとは別に、対物レンズ１２に近い側の情報記録層８０２よっても反射される。該情報記録層８０２による反射光の光強度分布は、情報記録層８０２における記録状態に応じて変調を受ける。また、情報記録層８０２による反射光は、非合焦状態にて反射されるものであるため、対物レンズ１２を透過しても平行光には変換されない。この結果、光検出器４０には、広がった状態の迷光として入射することになる。尚、このような非合焦状態である情報記録層８０２による反射光は、図６において破線によりデフォーカス反射光Ｌｄとして示されている。

次に、図７（ａ）〜（ｃ）は、情報記録層８０２からのデフォーカス反射光Ｌｄが光検出器４０に入射した状態を示している。ここで、図７（ａ）はデフォーカス反射光Ｌｄが全て情報記録層８０２の未記録領域８０２ｂにて反射された場合、図７（ｂ）は反射光が情報記録層８０２の記録領域８０２ａ及び未記録領域８０２ｂの両方にて反射された場合、図７（ｃ）は反射光が全て情報記録層８０２の記録領域８０２ａにて反射された場合を示す。尚、記録領域８０２ａにて反射された記録領域反射光Ｌｄａは、未記録領域８０２ｂにて反射された未記録領域反射光Ｌｄｂに比べて強度が低くなっており、これが図７（ａ）〜（ｃ）の斜線部に相当する。

ここで、トラッキングエラー信号の変動に関しては、光検出領域群４５３及び光検出領域群４５４に入射するメインビーム由来の迷光が主たる原因である。そのため、このような迷光について図に示しており、サブビーム（Ｌ０ｂ及びＬ０ｃ）由来の迷光は省略している。また、情報記録層８０１による反射光についても図示は省略している。

メインビーム由来の迷光は、ＴＥ_MPP を生成する光検出領域（光検出領域群４５１及び光検出領域群４５２）からはみ出し、ＴＥ_SPP を生成する光検出領域（光検出領域群４５３及び光検出領域群４５４）にまで入射している。

通常、ＴＥ_SPP 信号を生成する光検出領域（光検出領域群４５３及び４５４）から検出される信号のアンプのゲインは、ＴＥ_MPP を生成する光検出領域（光検出領域群４５１及び光検出領域群４５２）から検出される信号のアンプのゲインよりも大きく設定されている。このため、従来、メインビーム由来の迷光はＴＥ_SPP に大きな影響を及ぼすものとなっていた。

これに関し、図８に、情報記録層８０２上において非合焦状態のスポットが記録領域と非記録領域との境界を跨いで通過する際のＴＥ_SPP 信号のオフセットについて示す。ここでは、従来の例と、本実施形態の例とを示している。図８に示す通り、従来は情報記録媒体における記録領域と非記録領域との境界を跨いでスポットが通過した場合にＴＥ_SPP 信号が変動したのに対し、本実施形態の場合、ほとんど変化することなく安定したトラッキングエラー信号を生成している。

これは、本実施形態の場合、デフォーカス光が記録領域と非記録領域との境界を跨ぐ際にも、ＴＥ_SPP 信号を生成する各光検出領域群（光検出領域群４５３及び４５４）において、その変動が相殺されるためである。

つまり、光検出領域群４５３の場合、光検出領域４５３ａと光検出領域４５３ｂとがＸ軸に平行な分割線を挟んで対称に配置されている。このため、記録領域８０２ａによる反射光であるために強度の弱まった記録領域反射光Ｌｄａが入射したとしても、光検出領域４５３ａと光検出領域４５３ｂとにおいて信号の変化は互いに等しい。よって、それらの信号の差動であるＴＥ_SPP 信号が変化することはない。

同様に、光検出領域群４５４の場合、光検出領域４５４ａと光検出領域４５４ｂとがＸ軸に平行な分割線を挟んで対称に配置されている。このため、記録領域による反射光であるために強度の弱まった記録領域反射光Ｌｄａが入射したとしても、光検出領域４５４ａと光検出領域４５４ｂとにおいて信号の変化は互いに等しい。よって、それらの信号の差動であるＴＥ_SPP 信号が変化することはない。

以上の結果として、情報記録層８０２において非合焦状態のスポットが記録領域８０２ａと未記録領域８０２ｂとの境界を跨いで通過する際にも、ＴＥ_SPP 信号に変動が生じることはなく、トラッキングエラー信号を安定して検出することができる。

尚、以上では、記録領域が未記録領域に比べて低い反射率を有する記録媒体であるものとして説明した。しかし、これとは逆に、記録領域が未記録領域に比べて高い反射率を有する記録媒体であっても良い。この場合、図７（ａ）〜（ｃ）において、斜線部が光強度の強い領域を表すものと考えればよい。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る光ヘッド装置について、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態の光ヘッド装置の要部を模式的に示す図である。

本実施形態の光ヘッド装置は、ＣＤ及びＤＶＤのような規格の異なる２種類の光ディスクについて記録・再生を行なうためのものである。その基本的な構成は、図１に示す第１の実施形態の光ヘッド装置において、１波長の半導体レーザ３０に代えて、２波長の半導体レーザ３０１を備えたものである。該半導体レーザ３０１は、第１の波長λ１の光を出射する第１の光源と、第２の波長λ２の光を出射する第２の光源とをモノリシックに集積化した半導体レーザである。図９において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付しており、以下では主に半導体レーザ３０１に関して説明する。

ＤＶＤ及びＣＤの両方の規格の光ディスクを記録・再生するためには、半導体レーザ３０１として、ＤＶＤ用の発振波長が６３５〜６８０ｎｍ帯である光線Ｌ１と、ＣＤ用の発振波長が７８０〜８２０ｎｍ帯である光線Ｌ２とを出射することができるものを用いる。このいずれかの波長の光を、光ディスク１０の種類に応じて選択して発光することにより、所望の光記録媒体（ＣＤ又はＤＶＤ）について記録・再生することができる。

ここで、半導体レーザ３０１における光線Ｌ１の発光点Ｐ１と、光線Ｌ２の発光点Ｐ２とは、間隔ｄをもってラジアル方向（Ｘ方向）に並んで配置されている。また、２つの発光点のうち、波長の短い方の発光点を受光素子側に配置している。これは、ホログラム素子２０による回折角は光の波長の短い方が小さくなることを利用して、光線Ｌ１と光線Ｌ２とを光検出器４０の同じ位置に入射させるためである。

尚、２つの光源をモノリシックに集積化した半導体レーザに代えて、それぞれ異なる波長の光を出射する２つの半導体レーザを用いることも可能である。しかし、モノリシックな半導体レーザの方が、２つの発光点の間隔ｄを正確に設定することができるため、より望ましい。

半導体レーザ３０１からの出射する光線Ｌ１は、ホログラム素子２０に備えられた回折格子２４により所望の比率にて回折させられ、０次光であるメインビーム（Ｌ１ａ）と、±１次光である２本のサブビームＬ１ｂ及びＬ１ｃ（図示せず）に分離される。同様に、光線Ｌ２は、回折格子２４により０次光であるメインビーム（Ｌ２ａ）と、±１次光である２本のサブビームＬ２ｂ及びＬ２ｃ（図示せず）に分離される。

これらのビームは、ホログラム素子２０を透過した後、コリメートレンズ１１及び対物レンズ１２により光ディスク１０の情報記録面上に集光される。光ディスク１０からの反射光は、対物レンズ１２及びコリメートレンズ１１により、半導体レーザ３０１の各発光点（Ｐ１又はＰ２）に収束する光に変換される。変換された光は、ホログラム素子２０に入射し回折領域２６１及び２６２によって回折させられる。回折光は光検出器４０に入射し、光検出器４０によって信号が検出される。尚、回折格子２４は、回折領域２６１及び２６２による回折光が入射して更に回折を受けることのないように、大きさと位置とを設定されている。

次に、図１０は、本実施形態のホログラム素子２０ここに入射する光線Ｌ１及びＬ２の位置関係を示す図である。また、図１１は、光検出器４０の構造と、半導体レーザ３０１における光検出器４０に対する発光点Ｐ１及びＰ２の位置関係を示す平面図である。

図１０に示すように、ホログラム素子２０は、光線（Ｌ１及びＬ２の両方）のほぼ中心（集光光学系の光軸）を通り且つＸ軸に平行な直線２６０により２つに区画された回折領域２６１及び回折領域２６２を備えている。これらの回折領域２６１及び２６２は、互いに異なる格子パターンを有しており、半導体レーザ３０１から出射された光をそのまま透過させると共に、光ディスク１０により反射された戻り光を光検出器４０に向けて回折させるように構成されている。

尚、光線Ｌ１及びＬ２は発光点の位置が異なるため、ホログラム素子２０に対する入射位置も異なっている。しかし、発光点Ｐ１及びＰ２をＸ方向に並べて配置することにより、光線Ｌ１及びＬ２の光軸をいずれも直線２６０上に配置することが可能である。

更に、図１１の光検出器４０は、第１の実施形態の場合（図３）と同様の構造を有する。つまり、光検出器４０は光検出領域群４５１、４５２、４５３及び４５４を備え、各光検出領域群は、Ｘ方向にほぼ平行な分割線を挟んで配置された各一対の光検出領域（順に、光検出領域４５１ａ及び４５１ｂ、４５２ａ及び４５２ｂ、４５３ａ及び４５３ｂ、４５４ａ及び４５４ｂ）を備えている。

また、ホログラム素子２０及び光検出器４０の機能についても、２つの光線Ｌ１及びＬ２のいずれの検出にも用いられることを除いて第１の実施形態の場合と同様である。

つまり、光検出領域群４５１及び４５２が光ディスク１０からの戻り光のうちのメインビーム（Ｌ１ａ及びＬ２ａ）と関係し、回折領域２６１及び２６２により回折させられた光ディスク１０からのメインビームの戻り光がそれぞれスポット６０１ａ及び６０２ａとして入射する。スポット６０１ａと６０２ａとはいずれもＸ方向で且つ極性が逆のコマ収差を有する。

また、光検出領域群４５３が戻り光のサブビームＬ１ｂ及びＬ２ｂと関係し、回折領域２６１及び２６２により回折させられた光ディスク１０からのサブビームの戻り光がそれぞれスポット６０１ｂ及び６０２ｂとして入射する。更に、光検出領域群４５４が戻り光のサブビームＬ１ｃ及びＬ２ｃと関係し、回折領域２６１及び２６２により回折させられた光ディスク１０からの戻り光がそれぞれスポット６０１ｃ及び６０２ｃとして入射する。各スポットとコマ収差の関係についても、第１の実施形態の場合と同様である。

以上のことから、本実施形態の光ヘッド装置によると、発光点Ｐ１及びＰ２のどちらを用いるときも、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号について第１の実施形態の場合と同様にして求めることができる。この際、やはり２層以上の情報記録層を有する情報記録媒体であっても安定した信号を得られる。

ここで、本実施形態の光ヘッド装置においても、プッシュプル法による検出を行なうためにビームをラジアル方向に分割する。これは、Ｘ方向に延びる分割線によって行なうものであるから、距離ｄだけ離れてＸ方向に並んで配置された発光点Ｐ１及び発光点Ｐ２が出射する光（Ｌ１及びＬ２）を同様に分割する。このため、２つの波長の光を出射するために２つの光源を有する光ヘッド装置において、どちらの光源を用いる場合にも安定したトラッキングエラー信号を得ることが可能となり、使用する光の波長がそれぞれ異なる各種光ディスクについての記録・再生もより安定して行なうことができる。

（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態に係る光ヘッド装置について、図面を参照して説明する。図１２は、本実施形態の光ヘッド装置の要部を模式的に示す図である。

該光ヘッド装置は、図１に示す第１の実施形態の光ヘッド装置と比較すると、光検出器及び半導体レーザに関して異なっている。よって、図１と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより詳しい説明を省略し、以下では図１の光ヘッド装置との相違点に関して詳しく説明する。

図１２において、半導体レーザ３０ａが光検出器４０１の上面に設けられた凹部に固定されている。該凹部には、半導体レーザ３０ａから出射された光線Ｌ３を光軸方向（Ｚ方向）に向かって反射させる反射鏡１９が設けられている。

回折格子２４、回折領域２６１及び２６２を備えるホログラム素子２０、コリメートレンズ１１、対物レンズ１２及び光ディスク１０については第１の実施形態の場合と同様である。また、対物レンズ１２をＺ方向及びＸ方向に移動させるレンズ駆動機構（図示省略）、光検出器４０とホログラム素子２０とを所望の位置関係に固定する保持手段（図示省略）も備えられている。これらによって、光ディスク１０にレーザ光を集光させる集光光学系が構成されている。

半導体レーザ３０ａから出射され反射鏡１９によりＺ方向に反射された光線Ｌ３は、ホログラム素子２０に備えられた回折格子２４により一つのメインビームと２つのサブビームに分離される。次に、これらの光は回折領域２６１及び２６２を透過し、コリメートレンズ１１及び対物レンズ１２によって光ディスク１０の情報記録面上に集光される。情報記録面において反射された光は、再び対物レンズ１２及びコリメートレンズ１１を経てホログラム素子２０に入射し、回折させられる。

ここで、ホログラム素子２０に設けられている回折領域２６１及び２６２は、第１の実施形態の場合（図２）と同様の格子パターンを有する。但し、第１の実施形態の場合、回折領域２６１及び２６２によって回折させられた光のうち、＋１次光のみが光検出器４０にて検出されていた。これに対し、本実施形態の場合、＋１次光に加えて、−１次光についても光検出器４０１により検出される。このために、光検出器４０１は、半導体レーザ３０ａの発光点Ｐ３を挟む位置に光検出領域を配置している。これを図１３に示す。

図１３において、発光点Ｐ３に対してＸ軸のマイナス側に配置された＋１次光検出用領域５００は、第１の実施形態における光検出器４０（図３）と同じ構成であり、各光検出領域に図３と同じ符号を付している。ここに、ホログラム素子２０により回折させられた光の＋１次光がスポット６０１ａ、６０２ａ、６０１ｂ、６０２ｂ、６０１ｃ及び６０２ｃとして入射する。

また、発光点Ｐ３を挟んで＋１次光検出用領域５００の反対側（Ｘ軸のプラス側）に、−１次光検出用領域５０１が設けられている。その構成は＋１次光検出用領域５００と同様であり、それぞれ、光検出領域４５１ａに対して光検出領域４５１ａ’のように’を追加した符号を付している。ここに、ホログラム素子２０により回折させられた光の−１次光がスポット６０１ａ’、６０２ａ’、６０１ｂ’、６０２ｂ’、６０１ｃ’及び６０２ｃ’として入射する。

＋１次光検出用領域５００及び−１次光検出用領域５０１の各光検出領域からは同様の信号が得られ、同一のアンプにより増幅するか、又は、後に加算アンプにより加算されるべきものである。例えば、光検出領域４５１ａにおける信号と、光検出領域４５１ａ’における信号とを加算する。

フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号は、＋１次光検出用領域５００及び−１次光検出用領域５０１を用いて、第１の実施形態において説明した式１〜式６により求めることができる。このように、＋１次光に加えて−１次光を検出することができるため、光の検出の効率が向上し、よりノイズの少ない信号検出が可能となる。また、発光点Ｐ３がＹ方向にずれた場合にも、＋１次光から得られる信号の変化と−１次光から得られる信号の変化とが相殺するため、信号特性の劣化が少なくなるという効果がある。

以上のように、本実施形態の光ヘッド装置は、第１の実施形態の光ヘッド装置と同じ特徴と有すると共に、よりノイズが少なく且つ組み立て公差の大きな光ヘッド装置となる。

本発明の光ヘッド装置、光情報装処理装置及びフォーカスエラー信号検出方法によると、複数の情報記録層を有する情報記録媒体についても安定した記録・再生が可能であり、光情報記録媒体を用いた情報の記録・再生、特に、コンピュータのデータやプログラムの保存、カーナビゲーションの地図データの保存等の用途にも応用できる。

図１は、本発明の第１の実施形態における光ヘッド装置の要部構成を示す図である。 図２は、本発明の第１の実施形態におけるホログラム素子を示す平面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態における光検出器を示す平面図である。 図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態における光検出器上のポットダイアグラムを示す図である 図５は、本発明の第１の実施形態におけるフォーカスエラー信号を示す図である。 図６は、２層の情報記録層を有する光情報記録媒体と、それにより反射される光について示す図である。 図７は、本発明の第１の実施形態における光検出器上の迷光を表す図である。 図８は、本発明の第１の実施形態におけるサブプッシュプル信号の変動を表す図である。 図９は、本発明の第２の実施形態における光ヘッド装置の要部構成を示す図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態におけるホログラム素子を示す平面図である。 図１１は、本発明の第２の実施形態における光検出器を示す平面図である。 図１２は、本発明の第２の実施形態における光ヘッド装置の要部構成を示す図である。 図１３は、本発明の第３の実施形態における光検出器を示す平面図である。 図１４は、従来の光ヘッド装置の構成を示す図である。 図１５は、従来のホログラム素子を示す平面図である。 図１６は、従来の光検出器を示す平面図である。 図１７は、従来の光ヘッド装置の構成を示す図である。 図１８は、従来のホログラム素子を示す平面図である。 図１９は、従来の光ヘッド装置におけるサブプッシュプル信号の変動を表す図である。 図２０は、２層の情報記録層を有する光情報記録媒体と、それにより反射される光について示す図である。

符号の説明

Ｌ０ 光線
Ｌ１ 光線
Ｐ１ 発光点
Ｌ２ 光線
Ｐ２ 発光点
Ｌ３ 光線
Ｐ３ 発光点
１０ 光ディスク
１１ コリメートレンズ
１２ 対物レンズ
１９ 反射鏡
２０ ホログラム素子
２４ 回折格子
３０ 半導体レーザ
３０ａ 半導体レーザ
４０ 光検出器
４５ａ 光検出領域
２６０ 直線
２６１、２６１ 回折領域
３０１ 半導体レーザ
４０１ 光検出器
４５１ 光検出領域群
４５１ａ 光検出領域
４５１ｂ 光検出領域
４５２ 光検出領域群
４５２ａ 光検出領域
４５２ｂ 光検出領域
４５３ 光検出領域群
４５３ａ 光検出領域
４５３ｂ 光検出領域
４５４ 光検出領域群
４５４ａ 光検出領域
４５４ｂ 光検出領域
４６１ 第１の分割線
４６２ 第２の分割線
４６３ 第３の分割線
４６４ 第４の分割線
５００ ＋１次光検出用領域
５０１ −１次光検出用領域
６０１ａ、６０２ａ、６０１ｂ、６０２ｂ、６０１ｃ スポット
６０１ａ’、６０２ａ’、６０１ｂ’、６０２ｂ’、６０１ｃ’ スポット
７４１ 保持手段
８０１ 情報記録層
８０２ 情報記録層
８０２ａ 記録領域
８０２ｂ 未記録領域

Claims (9)

1. 光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームを情報記録媒体上に収束させる集光光学系と、
   前記情報記録媒体により反射された前記光ビームを回折させるホログラム素子と、
   前記ホログラム素子により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子とを備え、
   前記ホログラム素子は、前記情報記録媒体のラジアル方向に延びる直線により区画された２つの回折領域を有し、
   前記２つの回折領域のうちの少なくとも一方のパターンは、前記回折光に、前記ラジアル方向のコマ収差を与えるパターンであることを特徴とする光ヘッド装置。
2. 請求項１において、
   前記受光素子が有する前記複数の検出領域のうちの少なくとも一対の検出領域は、前記ラジアル方向に延びる分割線を挟み対向して配置され、
   前記分割線上に、前記コマ収差を与えられた回折光が入射し、
   前記一対の検出領域において検出した信号に基づいてフォーカスエラー信号を得ることを特徴とする光ヘッド装置。
3. 光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームを情報記録媒体上に収束させる集光光学系と、
   前記情報記録媒体により反射された前記光ビームを回折させるホログラム素子と、
   前記ホログラム素子により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子とを備え、
   前記受光素子が有する前記複数の検出領域は、前記情報記録媒体のラジアル方向に延びる第１の分割線を挟み対向して配置された第１の光検出領域及び第２の光検出領域と、前記ラジアル方向に延びる第２の分割線を挟み対向して配置された第３の光検出領域及び第４の光検出領域とを含み、
   前記ホログラム素子は、前記ラジアル方向に延びる直線により区画された第１の回折領域及び第２の回折領域を有し、
   前記第１の回折領域のパターンは、前記ラジアル方向のコマ収差を有し且つ前記第１の分割線上に収束する回折光を発生し、
   前記第２の回折領域のパターンは、前記ラジアル方向のコマ収差を有し且つ前記第２の分割線上に収束する回折光を発生し、
   前記第１の検出領域における信号と前記第２の検出領域における信号との差信号、及び、前記第３の検出領域における信号と前記第４の検出領域における信号との差信号に基づいてフォーカスエラー信号を得ることを特徴とする光ヘッド装置。
4. 光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームから１つのメインビーム及び２つのサブビームを生成する回折格子と、
   前記メインビーム及び前記サブビームをそれぞれ情報記録媒体上に収束させる集光光学系と、
   前記情報記録媒体により反射された前記メインビーム及び前記サブビームを回折させるホログラム素子と、
   前記ホログラム素子により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子とを備え、
   前記ホログラム素子は、前記情報記録媒体のラジアル方向に延びる直線により２つに区画された回折領域を有し、
   前記２つの回折領域の少なくとも一方のパターンは、前記回折光に、前記ラジアル方向のコマ収差を与えるパターンであることを特徴とする光ヘッド装置。
5. 請求項４において、
   前記受光素子が有する前記複数の検出領域は、前記ラジアル方向に延びる第１の分割線を挟み対向して配置された第１の一対の検出領域と、前記ラジアル方向に延びる第２の分割線を挟み対向して配置された第２の一対の検出領域とを含み、
   前記第１の一対の検出領域の前記第１の分割線上に、前記メインビームの前記コマ収差を与えられた回折光が入射し、
   前記第１の一対の検出領域において検出した信号に基づいてフォーカスエラー信号を得ると共に、
   前記第２の一対の検出領域の前記第２の分割線上に、前記サブビームの前記コマ収差を与えられた回折光が入射し、
   前記第２の一対の検出領域において検出した信号に基づいてトラッキングエラー信号を得ることを特徴とする光ヘッド装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つにおいて、
   前記光源の発光点に対して前記ラジアル方向に並び且つ前記発光点とは異なる波長の光ビームを出射する他の発光点を備えることを特徴とする光ヘッド装置。
7. 情報記録媒体に光を照射することにより情報の記録及び再生を行なう光情報処理装置であって、
   請求項１〜６のいずれか１つに記載の光ヘッド装置を備えることを特徴とする光情報処理装置。
8. 光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームを情報記録媒体上に収束させる集光光学系と、
   前記情報記録媒体により反射された前記光ビームを回折させるホログラム素子と、
   前記ホログラム素子により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子とを備える光ヘッド装置において、
   前記ホログラム素子は、前記情報記録媒体のラジアル方向に延びる直線により区画された２つの回折領域を有し、
   前記２つの回折領域のうちの少なくとも一方のパターンは、前記回折光に、前記ラジアル方向のコマ収差を与えるパターンであり、
   前記受光素子が有する前記複数の検出領域のうちの少なくとも一対の検出領域は、前記ラジアル方向に延びる分割線を挟み対向して配置され、
   前記分割線上に、前記コマ収差を与えられた回折光が入射し、
   前記一対の検出領域において検出した信号に基づいてフォーカスエラー信号を得ることを特徴とするフォーカスエラー信号検出方法。
9. 光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームを情報記録媒体上に収束させる集光光学系と、
   前記情報記録媒体により反射された前記光ビームを回折させるホログラム素子と、
   前記ホログラム素子により回折させられた回折光を受光する複数の検出領域を有する受光素子とを備える光ヘッド装置において、
   前記受光素子が有する前記複数の検出領域は、前記情報記録媒体のラジアル方向に延びる第１の分割線を挟み対向して配置された第１の光検出領域及び第２の光検出領域と、前記ラジアル方向に延びる第２の分割線を挟み対向して配置された第３の光検出領域及び第４の光検出領域とを含み、
   前記ホログラム素子は、前記ラジアル方向に延びる直線により区画された第１の回折領域及び第２の回折領域を有し、
   前記第１の回折領域のパターンは、前記ラジアル方向のコマ収差を有し且つ前記第１の分割線上に収束する回折光を発生し、
   前記第２の回折領域のパターンは、前記ラジアル方向のコマ収差を有し且つ前記第２の分割線上に収束する回折光を発生し、
   前記第１の検出領域における信号と前記第２の検出領域における信号との差信号、及び、前記第３の検出領域における信号と前記第４の検出領域における信号との差信号に基づいてフォーカスエラー信号を得ることを特徴とするフォーカスエラー信号検出方法。

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