JP4086069B2 - 光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置に関し、特に、トラックピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体に対して、差動非点収差法により良好なフォーカス誤差信号を得ることが可能な光ヘッド装置及びこの光ヘッド装置が組み込まれた光学式情報記録再生装置に関する。
光学式情報記録再生装置に組み込まれた光ヘッド装置におけるフォーカス誤差信号の検出方法として非点収差法が知られている。非点収差法は、ナイフエッジ法及びスポットサイズ法と比べ、プッシュプル法及び位相差法によるトラック誤差信号の検出、並びに再生信号の検出との光学系の複合化が容易であるという特徴がある。
一方、光記録媒体を高密度化する方法として、光記録媒体のランド及びグルーブの両方に対して記録及び再生を行うランド／グルーブ記録が知られている。通常、追記型及び書換可能型の光記録媒体には、トラッキングを行うための溝が予め形成されている。ランド及びグルーブは、光記録媒体の入射光が照射される側から見て、夫々凹部及び凸部に相当する。
このようなランド／グルーブ記録用の光記録媒体に対して非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、ランドにおいて光が反射した場合のフォーカス誤差信号と、グルーブにおいて光が反射した場合のフォーカス誤差信号とは相互に異なっている。即ち、光ヘッド装置が光記録媒体上に形成する集光スポットがランドにある場合とグルーブにある場合とで、光記録媒体のデフォーカス量とフォーカス誤差信号の信号レベルとの相関関係が相互に異なる。このため、光ヘッド装置が光記録媒体の内周部分と外周部分との間でアクセス動作を行う場合等に、光ヘッド装置が光記録媒体上に形成する集光スポットが、光記録媒体の溝を横断すると、フォーカス誤差信号の信号レベルがランドとグルーブとの間で変動する。この変動は溝横断雑音と呼ばれる。溝横断雑音が発生するとフォーカスサーボの動作が不安定になり、記録及び再生を正しく行うことができなくなる。
そこで、このような溝横断雑音を抑制できるフォーカス誤差信号の検出方法として、差動非点収差法が提案されている（例えば、特開平４−１６８６３１号公報参照。）。図５は、差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う従来の光ヘッド装置を示すブロック図である。この光ヘッド装置は、特開平４−１６８６３１号公報に記載されているものである。
図５に示すように、この従来の光ヘッド装置においては、半導体レーザ１が設けられており、この半導体レーザ１が出射するレーザ光の経路に沿って、半導体レーザ１から出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズ２、入射した光を透過及び回折させる回折光学素子３ｂ、入射した光の一部を透過させると共に残部を所定の方向に反射するビームスプリッタ１１、入射した平行光を収束させる対物レンズ６が設けられており、この対物レンズ６の焦点に光記録媒体であるディスク７が配置されるようになっている。なお、図５の紙面に垂直な方向がディスク７のレーザ光の照射領域におけるトラックの接線方向（以下、単に接線方向という）であり、図示の縦方向がディスク７のレーザ光の照射領域における半径方向（以下、単に半径方向という）となっている。また、ビームスプリッタ１１により反射された光の経路に沿って、円筒レンズ８、レンズ９及び光検出器１０が配置されている。光検出器１０は、円筒レンズ８及びレンズ９からなる複合レンズにより形成される２つの焦線の中間に設置されている。
図６は回折光学素子３ｂを示す平面図である。図６に示すように、回折光学素子３ｂにおいては、全面に回折格子２３が形成されている。この回折格子２３が延びる方向は、ディスク７の半径方向にほぼ平行であるが、この半径方向から僅かに傾斜している。格子のパタンは等間隔の直線状である。なお、図中に破線で示してある円は対物レンズ６の有効領域である。
図５及び図６に示す従来の光ヘッド装置においては、半導体レーザ１がレーザ光を出射し、この出射光はコリメータレンズ２で平行光となり、回折光学素子３ｂによりメインビームである０次光、及びサブビームである±１次回折光の３つの光に分割される。これらの光の一部はビームスプリッタ１１を透過し、対物レンズ６でディスク７上に集光される。そして、これらの光はディスク７により反射される。ディスク７からの３つの反射光は対物レンズ６を逆向きに透過し、その一部がビームスプリッタ１１により反射され、円筒レンズ８、レンズ９を透過して光検出器１０で受光される。
図７は、ディスク７上における集光スポットの位置を示す平面図である。図７に示す集光スポット１４ａ、１４ｄ、１４ｅは、夫々回折光学素子３ｂからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光の集光スポットである。集光スポット１４ａはトラック１３上、集光スポット１４ｄはトラック１３の右側に隣接するトラック上、集光スポット１４ｅはトラック１３の左側に隣接するトラック上に夫々位置している。なお、トラック１３がランドである場合、トラック１３の左右に隣接するトラックはグルーブであり、トラック１３がグルーブである場合、トラック１３の左右に隣接するトラックはランドである。
図８は、光検出器１０の受光部及び光検出器１０上の光スポットの位置を示す平面図である。図８に示すように、光検出器１０には３ヶ所に正方形の受光領域１５ｘ、１５ｙ、１５ｚが設けられており、受光領域１５ｘ、１５ｙ、１５ｚは夫々（２×２）のマトリクス状に配列された４つの受光部により構成されている。即ち、受光領域１５ｘは夫々正方形の受光部１５ａ〜１５ｄに４分割されており、受光領域１５ｙは夫々正方形の受光部１５ｅ〜１５ｈに４分割されており、受光領域１５ｚは夫々正方形の受光部１５ｉ〜１５ｌに４分割されている。そして、レンズ９を透過した光が光検出器１０に入射すると、受光領域１５ｘ、１５ｙ、１５ｚに夫々光スポット１６ａ、１６ｄ及び１６ｅが形成されるようになっている。受光部１５ａ〜１５ｌは、入射された光の強さに応じて電気信号を出力するものである。
このとき、光スポット１６ａは回折光学素子３ｂの０次光の光スポットであり、受光部１５ａ〜１５ｄで受光される。光スポット１６ｄは回折光学素子３ｂの＋１次回折光の光スポットであり、受光部１５ｅ〜１５ｈで受光される。光スポット１６ｅは回折光学素子３ｂの−１次回折光の光スポットであり、受光部１５ｉ〜１５ｌで受光される。円筒レンズ８及びレンズ９の作用により、光スポットにおける接線方向と半径方向との強度分布は入れ替わっている。
なお、受光部１５ｅと１５ｆとの境界線、受光部１５ｇと１５ｈとの境界線、受光部１５ａと１５ｂとの境界線、受光部１５ｃと１５ｄとの境界線、受光部１５ｉと１５ｊとの境界線及び受光部１５ｋと１５ｌとの境界線が延びる方向は、図７に示すディスク７上の集光スポット１４ａ、１４ｄ、１４ｅにおけるディスク７の接線方向に相当する。また、受光部１５ｅと１５ｇとの境界線、受光部１５ｆと１５ｈとの境界線、受光部１５ａと１５ｃとの境界線、受光部１５ｂと１５ｄとの境界線、受光部１５ｉと１５ｋとの境界線及び受光部１５ｊと１５ｌとの境界線が延びる方向は、図７に示すディスク７上の集光スポット１４ａ、１４ｄ、１４ｅにおけるディスク７の半径方向に相当する。
受光部１５ａ〜１５ｌから出力された電気信号を夫々Ｖ１５ａ〜Ｖ１５ｌで表わすと、非点収差法によるメインビームのフォーカス誤差信号ＦＥＭは、下記数式１により得ることができる。
ＦＥＭ＝（Ｖ１５ａ＋Ｖ１５ｄ）−（Ｖ１５ｂ＋Ｖ１５ｃ）・・・（１）
また、非点収差法によるサブビームのフォーカス誤差信号ＦＥＳは、下記数式２により得ることができる。
ＦＥＳ＝（Ｖ１５ｅ＋Ｖ１５ｈ＋Ｖ１５ｉ＋Ｖ１５ｌ）−（Ｖ１５ｆ＋Ｖ１５ｇ＋Ｖ１５ｊ＋Ｖ１５ｋ）・・・（２）
更に、差動非点収差法によるフォーカス誤差信号ＦＥは、メインビームとサブビームとの光量比をＫとすると、下記数式３により得ることができる。
ＦＥ＝ＦＥＭ＋Ｋ×ＦＥＳ・・・（３）
図９（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスク７のデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図である。図９（ａ）は上記数式１により計算されたメインビームのフォーカス誤差信号を示し、図９（ｂ）は上記数式２により計算されたサブビームのフォーカス誤差信号を示し、図９（ｃ）は上記数式３により計算された差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。また、図中の黒丸（●）はメインビームの集光スポットがランド上に配置されている場合のフォーカス誤差信号を示し、白丸（○）はメインビームの集光スポットがグルーブ上に配置されている場合のフォーカス誤差信号を示す。設定した計算条件は、光源の波長が４０５ｎｍ、対物レンズ６の開口数が０．６５、トラックピッチ（ランド及びグルーブの幅）が０．３４μｍ、溝の深さが４５ｎｍである。
メインビームのみを用いて単純な非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、図９（ａ）に示すように、ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とは相互に異なるため、ディスク上の光スポットがランド及びグルーブを横切る度に溝横断雑音が発生する。これに対し、メインビームとサブビームを用いて差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、図９（ｃ）に示すように、ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とは同じであるため、溝横断雑音の発生を抑制できる。これは、図９（ａ）に示すメインビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と図９（ｂ）に示すサブビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とが、ランドとグルーブとで互いに逆になり、それらを加算することにより、ランドとグルーブとにおけるデフォーカス量依存性の違いが相殺されるためである。即ち、図９（ａ）の黒丸が示す信号レベル（メインビームのスポットがランドにあるときのメインビームの信号レベル）と図９（ｂ）の黒丸が示す信号レベル（メインビームのスポットがランドにあるときのサブビームの信号レベル）との和が、図９（ａ）の白丸が示す信号レベル（メインビームのスポットがグルーブにあるときのメインビームの信号レベル）と図９（ｂ）の白丸が示す信号レベル（メインビームのスポットがグルーブにあるときのサブビームの信号レベル）との和に略等しくなるからである。
しかしながら、図５に示す従来の光ヘッド装置において、差動非点収差法により良好なフォーカス誤差信号を得るためには、メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットが、ディスク７上で半径方向に１トラックピッチ分だけ離れて配置されている必要がある。従って、トラックピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体がある場合、この光ヘッド装置においては、いずれか一種類の光記録媒体に対してしか、差動非点収差法により良好なフォーカス誤差信号を得ることはできない。
ところで、光ヘッド装置においてプッシュプル法によりトラック誤差信号の検出を行う場合、対物レンズが光記録媒体の半径方向へシフトすると、トラック誤差信号にオフセットが発生し、記録及び再生を正しく行うことができなくなる。このようなオフセットを抑制できるトラック誤差信号の検出方法として、差動プッシュプル法が提案されている。また、トラックピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体に対応できる差動プッシュプル法も提案されている。そこで、差動非点収差法に関しても、相互にトラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応するため、同じ構成を適用することが考えられる。
トラックピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体に対して、差動プッシュプル法によりトラック誤差信号の検出を行う従来の光ヘッド装置としては、特開平９−８１９４２号公報に記載されているものがある。この光ヘッド装置は、図５に示す従来の光ヘッド装置における回折光学素子３ｂを、以下に述べる回折光学素子３ｃに置き換えたものである。
図１０は回折光学素子３ｃを示す平面図である。図１０に示すように、回折光学素子３ｃは、入射光の光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線により、２つの領域１２ｅ及び１２ｆに分割されており、各領域に回折格子２３が形成されている。回折格子２３が延びる方向はディスク７の半径方向であり、格子のパタンは等間隔の直線状である。また、領域１２ｅにおける格子の位相と領域１２ｆにおける格子の位相は、互いにπ（半ピッチ分）だけずれている。これにより、領域１２ｅからの＋１次回折光の位相と領域１２ｆからの＋１次回折光の位相は互いにπだけずれ、領域１２ｅからの−１次回折光の位相と領域１２ｆからの−１次回折光の位相は互いにπだけずれる。なお、図中に破線で示してある円は対物レンズ６の有効領域である。
図１１はディスク７上における集光スポットの位置を示す平面図である。集光スポット１４ａ、１４ｆ、１４ｇは、夫々回折光学素子３ｃからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光の集光スポットである。この３つの集光スポットは同一のトラック１３上に位置するようになっている。なお、トラック１３はランド又はグルーブである。サブビームは光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線の左側と右側で位相が互いにπだけずれているため、サブビームの集光スポット１４ｆ及び１４ｇは、夫々の右側領域と左側領域との境界部分で強度が０になり、トラック１３の中央線から見て右側及び左側に、強度が相互に等しい２つのピークが出現する。
特開平９−８１９４２号公報に記載されているように、回折光学素子３ｃの領域１２ｅにおける格子の位相と領域１２ｆにおける格子の位相とを互いにπだけずらすことにより、光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線の左側と右側とでサブビームの位相を互いにπだけずらすことは、メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットとを、ディスク７上で半径方向に１トラックピッチ分だけ離して配置することと、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同等の効果を有する。また、本光ヘッド装置においては、３つの集光スポットが同一のトラック上に配置されているため、トラック１３に対する集光スポットの相対的位置がトラックピッチに依存せず、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応できる。
この従来の光ヘッド装置における光検出器１０の受光部の構成及び光検出器１０上の光スポットの配置は、図８に示すものと同じである。但し、光スポット１６ａ、１６ｄ、１６ｅは、夫々回折光学素子３ｃからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光の光スポットである。この光ヘッド装置においては、上記数式１乃至３による演算により、非点収差法によるメインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号、並びに差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を得るものとする。
また、本発明者等は、光ヘッド装置において、回折光学素子を複数の領域に分割することにより、対物レンズが光記録媒体の半径方向にシフトしても、この光記録媒体の半径方向の傾き（ラジアルチルト）を正しく検出する技術を開発し、開示した（特開２００１−３０７３５８号公報参照。）。この技術によれば、対物レンズが光記録媒体の半径方向にシフトしても、ラジアルチルト信号にオフセットが生じず、ラジアルチルトを正しく検出することができる。
しかしながら、上述の従来の光ヘッド装置には以下に示すような問題点がある。図１２（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスク７のデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（ａ）は上記数式１により計算されるメインビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｂ）は上記数式２により計算されるサブビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｃ）は上記数式３により計算される差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。また、図中の黒丸（●）はメインビームの集光スポットがランド上に位置しているときのフォーカス誤差信号を示し、白丸（○）はメインビームの集光スポットがグルーブ上に位置しているときのフォーカス誤差信号を示す。なお、本計算において設定される計算条件は、図９（ａ）乃至（ｃ）に示すフォーカス誤差信号を計算したときの条件と同じである。
図１２（ａ）に示すように、メインビームのみを用いて単純な非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、メインビームの集光スポットがランドにあるときのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と、メインビームの集光スポットがグルーブにあるときのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とが相互に異なるため、溝横断雑音が発生する。また、メインビーム及びサブビームを用いて差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、図１２（ｃ）に示すように、ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性は、原点付近では一致しているが、それ以外の部分では異なるため、やはり溝横断雑音の発生を十分に抑制できない。特に、実際のデフォーカス量の変動範囲である−１．５μｍ乃至＋１．５μｍの範囲において、ランドとグルーブとにおけるフォーカス信号レベルが相互に異なっている。これは、図１２（ａ）に示すメインビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と図１２（ｂ）に示すサブビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とが、原点付近以外の範囲ではランドとグルーブとで互いに逆にならず、それらを加算しても、ランドとグルーブとにおけるデフォーカス量依存性の違いが十分に相殺されないためである。
このように、特開平９−８１９４２号公報に記載された従来の光ヘッド装置は、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては、トラックピッチに依存しない正確なトラック誤差信号を得られるという効果を有するが、差動非点収差法によるフォーカス誤差信号に関しては十分な効果を有しない。
また、特開２００１−３０７３５８号公報に記載された光ヘッド装置においても、ラジアルチルト信号に関しては対物レンズがシフトしても正確な信号が得られるが、特開平９−８１９４２号公報に記載された光ヘッド装置と同様に、差動非点収差法によるフォーカス誤差信号に関しては考慮されておらず、十分な効果が得られない。
一方、光記録媒体を高密度化する方法として、光記録媒体のランド及びグルーブの両方に対して記録及び再生を行うランド／グルーブ記録が知られている。通常、追記型及び書換可能型の光記録媒体には、トラッキングを行うための溝が予め形成されている。ランド及びグルーブは、光記録媒体の入射光が照射される側から見て、夫々凹部及び凸部に相当する。
このようなランド／グルーブ記録用の光記録媒体に対して非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、ランドにおいて光が反射した場合のフォーカス誤差信号と、グルーブにおいて光が反射した場合のフォーカス誤差信号とは相互に異なっている。即ち、光ヘッド装置が光記録媒体上に形成する集光スポットがランドにある場合とグルーブにある場合とで、光記録媒体のデフォーカス量とフォーカス誤差信号の信号レベルとの相関関係が相互に異なる。このため、光ヘッド装置が光記録媒体の内周部分と外周部分との間でアクセス動作を行う場合等に、光ヘッド装置が光記録媒体上に形成する集光スポットが、光記録媒体の溝を横断すると、フォーカス誤差信号の信号レベルがランドとグルーブとの間で変動する。この変動は溝横断雑音と呼ばれる。溝横断雑音が発生するとフォーカスサーボの動作が不安定になり、記録及び再生を正しく行うことができなくなる。
そこで、このような溝横断雑音を抑制できるフォーカス誤差信号の検出方法として、差動非点収差法が提案されている（例えば、特開平４−１６８６３１号公報参照。）。図５は、差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う従来の光ヘッド装置を示すブロック図である。この光ヘッド装置は、特開平４−１６８６３１号公報に記載されているものである。
図５に示すように、この従来の光ヘッド装置においては、半導体レーザ１が設けられており、この半導体レーザ１が出射するレーザ光の経路に沿って、半導体レーザ１から出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズ２、入射した光を透過及び回折させる回折光学素子３ｂ、入射した光の一部を透過させると共に残部を所定の方向に反射するビームスプリッタ１１、入射した平行光を収束させる対物レンズ６が設けられており、この対物レンズ６の焦点に光記録媒体であるディスク７が配置されるようになっている。なお、図５の紙面に垂直な方向がディスク７のレーザ光の照射領域におけるトラックの接線方向（以下、単に接線方向という）であり、図示の縦方向がディスク７のレーザ光の照射領域における半径方向（以下、単に半径方向という）となっている。また、ビームスプリッタ１１により反射された光の経路に沿って、円筒レンズ８、レンズ９及び光検出器１０が配置されている。光検出器１０は、円筒レンズ８及びレンズ９からなる複合レンズにより形成される２つの焦線の中間に設置されている。
図６は回折光学素子３ｂを示す平面図である。図６に示すように、回折光学素子３ｂにおいては、全面に回折格子２３が形成されている。この回折格子２３が延びる方向は、ディスク７の半径方向にほぼ平行であるが、この半径方向から僅かに傾斜している。格子のパタンは等間隔の直線状である。なお、図中に破線で示してある円は対物レンズ６の有効領域である。
図５及び図６に示す従来の光ヘッド装置においては、半導体レーザ１がレーザ光を出射し、この出射光はコリメータレンズ２で平行光となり、回折光学素子３ｂによりメインビームである０次光、及びサブビームである±１次回折光の３つの光に分割される。これらの光の一部はビームスプリッタ１１を透過し、対物レンズ６でディスク７上に集光される。そして、これらの光はディスク７により反射される。ディスク７からの３つの反射光は対物レンズ６を逆向きに透過し、その一部がビームスプリッタ１１により反射され、円筒レンズ８、レンズ９を透過して光検出器１０で受光される。
図７は、ディスク７上における集光スポットの位置を示す平面図である。図７に示す集光スポット１４ａ、１４ｄ、１４ｅは、夫々回折光学素子３ｂからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光の集光スポットである。集光スポット１４ａはトラック１３上、集光スポット１４ｄはトラック１３の右側に隣接するトラック上、集光スポット１４ｅはトラック１３の左側に隣接するトラック上に夫々位置している。なお、トラック１３がランドである場合、トラック１３の左右に隣接するトラックはグルーブであり、トラック１３がグルーブである場合、トラック１３の左右に隣接するトラックはランドである。
図８は、光検出器１０の受光部及び光検出器１０上の光スポットの位置を示す平面図である。図８に示すように、光検出器１０には３ヶ所に正方形の受光領域１５ｘ、１５ｙ、１５ｚが設けられており、受光領域１５ｘ、１５ｙ、１５ｚは夫々（２×２）のマトリクス状に配列された４つの受光部により構成されている。即ち、受光領域１５ｘは夫々正方形の受光部１５ａ〜１５ｄに４分割されており、受光領域１５ｙは夫々正方形の受光部１５ｅ〜１５ｈに４分割されており、受光領域１５ｚは夫々正方形の受光部１５ｉ〜１５ｌに４分割されている。そして、レンズ９を透過した光が光検出器１０に入射すると、受光領域１５ｘ、１５ｙ、１５ｚに夫々光スポット１６ａ、１６ｄ及び１６ｅが形成されるようになっている。受光部１５ａ〜１５ｌは、入射された光の強さに応じて電気信号を出力するものである。
このとき、光スポット１６ａは回折光学素子３ｂの０次光の光スポットであり、受光部１５ａ〜１５ｄで受光される。光スポット１６ｄは回折光学素子３ｂの＋１次回折光の光スポットであり、受光部１５ｅ〜１５ｈで受光される。光スポット１６ｅは回折光学素子３ｂの−１次回折光の光スポットであり、受光部１５ｉ〜１５ｌで受光される。円筒レンズ８及びレンズ９の作用により、光スポットにおける接線方向と半径方向との強度分布は入れ替わっている。
なお、受光部１５ｅと１５ｆとの境界線、受光部１５ｇと１５ｈとの境界線、受光部１５ａと１５ｂとの境界線、受光部１５ｃと１５ｄとの境界線、受光部１５ｉと１５ｊとの境界線及び受光部１５ｋと１５ｌとの境界線が延びる方向は、図７に示すディスク７上の集光スポット１４ａ、１４ｄ、１４ｅにおけるディスク７の接線方向に相当する。また、受光部１５ｅと１５ｇとの境界線、受光部１５ｆと１５ｈとの境界線、受光部１５ａと１５ｃとの境界線、受光部１５ｂと１５ｄとの境界線、受光部１５ｉと１５ｋとの境界線及び受光部１５ｊと１５ｌとの境界線が延びる方向は、図７に示すディスク７上の集光スポット１４ａ、１４ｄ、１４ｅにおけるディスク７の半径方向に相当する。
受光部１５ａ〜１５ｌから出力された電気信号を夫々Ｖ１５ａ〜Ｖ１５ｌで表わすと、非点収差法によるメインビームのフォーカス誤差信号ＦＥＭは、下記数式１により得ることができる。
ＦＥＭ＝（Ｖ１５ａ＋Ｖ１５ｄ）−（Ｖ１５ｂ＋Ｖ１５ｃ）・・・（１）
また、非点収差法によるサブビームのフォーカス誤差信号ＦＥＳは、下記数式２により得ることができる。
ＦＥＳ＝（Ｖ１５ｅ＋Ｖ１５ｈ＋Ｖ１５ｉ＋Ｖ１５ｌ）−（Ｖ１５ｆ＋Ｖ１５ｇ＋Ｖ１５ｊ＋Ｖ１５ｋ）・・・（２）
更に、差動非点収差法によるフォーカス誤差信号ＦＥは、メインビームとサブビームとの光量比をＫとすると、下記数式３により得ることができる。
ＦＥ＝ＦＥＭ＋Ｋ×ＦＥＳ・・・（３）
図９（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスク７のデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図である。図９（ａ）は上記数式１により計算されたメインビームのフォーカス誤差信号を示し、図９（ｂ）は上記数式２により計算されたサブビームのフォーカス誤差信号を示し、図９（ｃ）は上記数式３により計算された差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。また、図中の黒丸（●）はメインビームの集光スポットがランド上に配置されている場合のフォーカス誤差信号を示し、白丸（○）はメインビームの集光スポットがグルーブ上に配置されている場合のフォーカス誤差信号を示す。設定した計算条件は、光源の波長が４０５ｎｍ、対物レンズ６の開口数が０．６５、トラックピッチ（ランド及びグルーブの幅）が０．３４μｍ、溝の深さが４５ｎｍである。
メインビームのみを用いて単純な非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、図９（ａ）に示すように、ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とは相互に異なるため、ディスク上の光スポットがランド及びグルーブを横切る度に溝横断雑音が発生する。これに対し、メインビームとサブビームを用いて差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、図９（ｃ）に示すように、ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とは同じであるため、溝横断雑音の発生を抑制できる。これは、図９（ａ）に示すメインビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と図９（ｂ）に示すサブビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とが、ランドとグルーブとで互いに逆になり、それらを加算することにより、ランドとグルーブとにおけるデフォーカス量依存性の違いが相殺されるためである。即ち、図９（ａ）の黒丸が示す信号レベル（メインビームのスポットがランドにあるときのメインビームの信号レベル）と図９（ｂ）の黒丸が示す信号レベル（メインビームのスポットがランドにあるときのサブビームの信号レベル）との和が、図９（ａ）の白丸が示す信号レベル（メインビームのスポットがグルーブにあるときのメインビームの信号レベル）と図９（ｂ）の白丸が示す信号レベル（メインビームのスポットがグルーブにあるときのサブビームの信号レベル）との和に略等しくなるからである。
しかしながら、図５に示す従来の光ヘッド装置において、差動非点収差法により良好なフォーカス誤差信号を得るためには、メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットが、ディスク７上で半径方向に１トラックピッチ分だけ離れて配置されている必要がある。従って、トラックピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体がある場合、この光ヘッド装置においては、いずれか一種類の光記録媒体に対してしか、差動非点収差法により良好なフォーカス誤差信号を得ることはできない。
ところで、光ヘッド装置においてプッシュプル法によりトラック誤差信号の検出を行う場合、対物レンズが光記録媒体の半径方向へシフトすると、トラック誤差信号にオフセットが発生し、記録及び再生を正しく行うことができなくなる。このようなオフセットを抑制できるトラック誤差信号の検出方法として、差動プッシュプル法が提案されている。また、トラックピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体に対応できる差動プッシュプル法も提案されている。そこで、差動非点収差法に関しても、相互にトラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応するため、同じ構成を適用することが考えられる。
トラックピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体に対して、差動プッシュプル法によりトラック誤差信号の検出を行う従来の光ヘッド装置としては、特開平９−８１９４２号公報に記載されているものがある。この光ヘッド装置は、図５に示す従来の光ヘッド装置における回折光学素子３ｂを、以下に述べる回折光学素子３ｃに置き換えたものである。
図１０は回折光学素子３ｃを示す平面図である。図１０に示すように、回折光学素子３ｃは、入射光の光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線により、２つの領域１２ｅ及び１２ｆに分割されており、各領域に回折格子２３が形成されている。回折格子２３が延びる方向はディスク７の半径方向であり、格子のパタンは等間隔の直線状である。また、領域１２ｅにおける格子の位相と領域１２ｆにおける格子の位相は、互いにπ（半ピッチ分）だけずれている。これにより、領域１２ｅからの＋１次回折光の位相と領域１２ｆからの＋１次回折光の位相は互いにπだけずれ、領域１２ｅからの−１次回折光の位相と領域１２ｆからの−１次回折光の位相は互いにπだけずれる。なお、図中に破線で示してある円は対物レンズ６の有効領域である。
図１１はディスク７上における集光スポットの位置を示す平面図である。集光スポット１４ａ、１４ｆ、１４ｇは、夫々回折光学素子３ｃからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光の集光スポットである。この３つの集光スポットは同一のトラック１３上に位置するようになっている。なお、トラック１３はランド又はグルーブである。サブビームは光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線の左側と右側で位相が互いにπだけずれているため、サブビームの集光スポット１４ｆ及び１４ｇは、夫々の右側領域と左側領域との境界部分で強度が０になり、トラック１３の中央線から見て右側及び左側に、強度が相互に等しい２つのピークが出現する。
特開平９−８１９４２号公報に記載されているように、回折光学素子３ｃの領域１２ｅにおける格子の位相と領域１２ｆにおける格子の位相とを互いにπだけずらすことにより、光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線の左側と右側とでサブビームの位相を互いにπだけずらすことは、メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットとを、ディスク７上で半径方向に１トラックピッチ分だけ離して配置することと、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同等の効果を有する。また、本光ヘッド装置においては、３つの集光スポットが同一のトラック上に配置されているため、トラック１３に対する集光スポットの相対的位置がトラックピッチに依存せず、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応できる。
この従来の光ヘッド装置における光検出器１０の受光部の構成及び光検出器１０上の光スポットの配置は、図８に示すものと同じである。但し、光スポット１６ａ、１６ｄ、１６ｅは、夫々回折光学素子３ｃからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光の光スポットである。この光ヘッド装置においては、上記数式１乃至３による演算により、非点収差法によるメインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号、並びに差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を得るものとする。
また、本発明者等は、光ヘッド装置において、回折光学素子を複数の領域に分割することにより、対物レンズが光記録媒体の半径方向にシフトしても、この光記録媒体の半径方向の傾き（ラジアルチルト）を正しく検出する技術を開発し、開示した（特開２００１−３０７３５８号公報参照。）。この技術によれば、対物レンズが光記録媒体の半径方向にシフトしても、ラジアルチルト信号にオフセットが生じず、ラジアルチルトを正しく検出することができる。
しかしながら、上述の従来の光ヘッド装置には以下に示すような問題点がある。図１２（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスク７のデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（ａ）は上記数式１により計算されるメインビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｂ）は上記数式２により計算されるサブビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｃ）は上記数式３により計算される差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。また、図中の黒丸（●）はメインビームの集光スポットがランド上に位置しているときのフォーカス誤差信号を示し、白丸（○）はメインビームの集光スポットがグルーブ上に位置しているときのフォーカス誤差信号を示す。なお、本計算において設定される計算条件は、図９（ａ）乃至（ｃ）に示すフォーカス誤差信号を計算したときの条件と同じである。
図１２（ａ）に示すように、メインビームのみを用いて単純な非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、メインビームの集光スポットがランドにあるときのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と、メインビームの集光スポットがグルーブにあるときのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とが相互に異なるため、溝横断雑音が発生する。また、メインビーム及びサブビームを用いて差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、図１２（ｃ）に示すように、ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性は、原点付近では一致しているが、それ以外の部分では異なるため、やはり溝横断雑音の発生を十分に抑制できない。特に、実際のデフォーカス量の変動範囲である−１．５μｍ乃至＋１．５μｍの範囲において、ランドとグルーブとにおけるフォーカス信号レベルが相互に異なっている。これは、図１２（ａ）に示すメインビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と図１２（ｂ）に示すサブビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とが、原点付近以外の範囲ではランドとグルーブとで互いに逆にならず、それらを加算しても、ランドとグルーブとにおけるデフォーカス量依存性の違いが十分に相殺されないためである。
このように、特開平９−８１９４２号公報に記載された従来の光ヘッド装置は、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては、トラックピッチに依存しない正確なトラック誤差信号を得られるという効果を有するが、差動非点収差法によるフォーカス誤差信号に関しては十分な効果を有しない。
また、特開２００１−３０７３５８号公報に記載された光ヘッド装置においても、ラジアルチルト信号に関しては対物レンズがシフトしても正確な信号が得られるが、特開平９−８１９４２号公報に記載された光ヘッド装置と同様に、差動非点収差法によるフォーカス誤差信号に関しては考慮されておらず、十分な効果が得られない。
本発明の目的は、従来の光ヘッド装置における上述の課題を解決し、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対して、差動非点収差法により溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号を得ることができる光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置を提供することにある。
本発明に係る光ヘッド装置は、光源と、この光源から出射した光を回折させてメインビームとサブビームとに分割する回折光学素子と、前記メインビーム及びサブビームを光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体により反射された光に非点収差を与える非点収差発生手段と、この非点収差発生手段を透過した光を受光して前記メインビーム及びサブビームを受光する光検出器と、を有し、前記回折光学素子は、前記光の光軸と交わり前記回折光学素子の格子が延びる方向に延びる第１の直線及び前記光軸と交わり前記第１の直線と直交する第２の直線により第１乃至第４の４つの領域に分割されており、第１の領域とこの第１の領域の対角に位置する第２の領域における格子の位相と、前記第１及び第２の領域に隣接し相互に対角の位置にある第３及び第４の領域における格子の位相とが互いに実質的にπだけずれており、前記メインビーム及びサブビームは前記光記録媒体の同一トラックを含む領域に集光されることを特徴とする。
本発明においては、光源から出射した光が回折光学素子によりメインビーム及びサブビームに分割され、対物レンズを介して光記録媒体に集光して反射され、非点収差発生手段により非点収差を与えられて光検出器により受光される。このとき、メインビーム及びサブビームは光記録媒体の同一トラックを含む領域に集光され、また、回折光学素子が４分割されており、この回折光学素子の格子の位相が、相互に対角に位置する第１及び第２の領域と、相互に対角に位置する第３及び第４の領域とで略πだけずれているため、光記録媒体に形成されたサブビームの集光スポットは、回折光学素子における相互に隣接する領域の境界部分に相当する領域で強度が０になり、第１乃至第４の領域に相当する領域に４つのピークを持つようになる。これにより、非点収差法によるメインビームのフォーカス誤差信号とサブビームのフォーカス誤差信号との和の光記録媒体のデフォーカス依存性が、集光スポットがランドに位置する場合とグルーブに位置する場合とで略等しくなり、フォーカス誤差信号の溝横断雑音を抑制することができる。この結果、フォーカスサーボの動作を安定化することができ、記録及び再生を精度良く行うことができる。また、メインビームの集光スポット及びサブビームの集光スポットを同一トラックを含む領域に位置させることにより、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応できる。
また、本発明においては、前記光源が半導体レーザであることが好ましい。これにより、記録及び再生を精度良く行うことができると共に、光源を小型化し、耐久性を向上させることができる。
更に、前記回折光学素子から入射した光の少なくとも一部を前記対物レンズに向けて出射すると共に、前記光記録媒体により反射され、前記対物レンズから入射した光の少なくとも一部を前記非点収差発生手段に向けて出射するビームスプリッタを有することが好ましく、このビームスプリッタがＰ偏光を透過させると共にＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタであり、この偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に設けられた１／４波長板を有することがより好ましい。これにより、往路においてＰ偏光として偏光ビームスプリッタを透過した光が、１／４波長板を２回通過することにより、復路においてはＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタにより反射される。この結果、光ヘッド装置の光学系を簡略化できると共に、回折光学素子から入射した光を対物レンズに向けて出射する際の損失、及び対物レンズから入射した光を非点収差発生手段に向けて出射する際の損失を低減することができる。
本発明に係る光学式情報記録再生装置は、前記光ヘッド装置と、前記光検出器の検出信号に基づいて非点収差法による前記メインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号を生成し、このメインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号の和をフォーカスサーボ用フォーカス誤差信号として出力する誤差信号生成回路と、前記フォーカスサーボ用フォーカス誤差信号に基づいて前記対物レンズの位置を制御する対物レンズ駆動手段と、を有することを特徴とする。
また、前記誤差信号生成回路が、前記光検出器の検出信号に基づいてプッシュプル法による前記メインビーム及びサブビームのトラック誤差信号を生成し、このメインビームのトラック誤差信号とサブビームのトラック誤差信号との差をトラックサーボ用トラック誤差信号としてさらに出力するものであり、前記対物レンズ駆動手段が前記トラックサーボ用トラック誤差信号に基づいて前記対物レンズの位置をさらに制御するものであることが好ましい。
本発明によれば、メインビームの集光スポット及びサブビームの集光スポットを同一トラックを含む領域に位置させることにより、トラックピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体に対してデータの記録及び再生を行うことができる。また、ランドにおけるフォーカス誤差信号とグルーブにおけるフォーカス誤差信号とが相互に略一致しているため、差動非点収差法により溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号を得ることができる。これにより、フォーカスサーボの動作を安定化することができ、記録及び再生を精度良く行うことができる。
本発明に係る光ヘッド装置は、光源と、この光源から出射した光を回折させてメインビームとサブビームとに分割する回折光学素子と、前記メインビーム及びサブビームを光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体により反射された光に非点収差を与える非点収差発生手段と、この非点収差発生手段を透過した光を受光して前記メインビーム及びサブビームを受光する光検出器と、を有し、前記回折光学素子は、前記光の光軸と交わり前記回折光学素子の格子が延びる方向に延びる第１の直線及び前記光軸と交わり前記第１の直線と直交する第２の直線により第１乃至第４の４つの領域に分割されており、第１の領域とこの第１の領域の対角に位置する第２の領域における格子の位相と、前記第１及び第２の領域に隣接し相互に対角の位置にある第３及び第４の領域における格子の位相とが互いに実質的にπだけずれており、前記メインビーム及びサブビームは前記光記録媒体の同一トラックを含む領域に集光されることを特徴とする。
本発明においては、光源から出射した光が回折光学素子によりメインビーム及びサブビームに分割され、対物レンズを介して光記録媒体に集光して反射され、非点収差発生手段により非点収差を与えられて光検出器により受光される。このとき、メインビーム及びサブビームは光記録媒体の同一トラックを含む領域に集光され、また、回折光学素子が４分割されており、この回折光学素子の格子の位相が、相互に対角に位置する第１及び第２の領域と、相互に対角に位置する第３及び第４の領域とで略πだけずれているため、光記録媒体に形成されたサブビームの集光スポットは、回折光学素子における相互に隣接する領域の境界部分に相当する領域で強度が０になり、第１乃至第４の領域に相当する領域に４つのピークを持つようになる。これにより、非点収差法によるメインビームのフォーカス誤差信号とサブビームのフォーカス誤差信号との和の光記録媒体のデフォーカス依存性が、集光スポットがランドに位置する場合とグルーブに位置する場合とで略等しくなり、フォーカス誤差信号の溝横断雑音を抑制することができる。この結果、フォーカスサーボの動作を安定化することができ、記録及び再生を精度良く行うことができる。また、メインビームの集光スポット及びサブビームの集光スポットを同一トラックを含む領域に位置させることにより、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応できる。
また、本発明においては、前記光源が半導体レーザであることが好ましい。これにより、記録及び再生を精度良く行うことができると共に、光源を小型化し、耐久性を向上させることができる。
更に、前記回折光学素子から入射した光の少なくとも一部を前記対物レンズに向けて出射すると共に、前記光記録媒体により反射され、前記対物レンズから入射した光の少なくとも一部を前記非点収差発生手段に向けて出射するビームスプリッタを有することが好ましく、このビームスプリッタがＰ偏光を透過させると共にＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタであり、この偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に設けられた１／４波長板を有することがより好ましい。これにより、往路においてＰ偏光として偏光ビームスプリッタを透過した光が、１／４波長板を２回通過することにより、復路においてはＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタにより反射される。この結果、光ヘッド装置の光学系を簡略化できると共に、回折光学素子から入射した光を対物レンズに向けて出射する際の損失、及び対物レンズから入射した光を非点収差発生手段に向けて出射する際の損失を低減することができる。
本発明に係る光学式情報記録再生装置は、前記光ヘッド装置と、前記光検出器の検出信号に基づいて非点収差法による前記メインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号を生成し、このメインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号の和をフォーカスサーボ用フォーカス誤差信号として出力する誤差信号生成回路と、前記フォーカスサーボ用フォーカス誤差信号に基づいて前記対物レンズの位置を制御する対物レンズ駆動手段と、を有することを特徴とする。
また、前記誤差信号生成回路が、前記光検出器の検出信号に基づいてプッシュプル法による前記メインビーム及びサブビームのトラック誤差信号を生成し、このメインビームのトラック誤差信号とサブビームのトラック誤差信号との差をトラックサーボ用トラック誤差信号としてさらに出力するものであり、前記対物レンズ駆動手段が前記トラックサーボ用トラック誤差信号に基づいて前記対物レンズの位置をさらに制御するものであることが好ましい。
本発明によれば、メインビームの集光スポット及びサブビームの集光スポットを同一トラックを含む領域に位置させることにより、トラックピッチが相互に異なる複数種類の光記録媒体に対してデータの記録及び再生を行うことができる。また、ランドにおけるフォーカス誤差信号とグルーブにおけるフォーカス誤差信号とが相互に略一致しているため、差動非点収差法により溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号を得ることができる。これにより、フォーカスサーボの動作を安定化することができ、記録及び再生を精度良く行うことができる。
図１は、本発明の実施形態に係る光学式情報記録再生装置を示すブロック図である。
図２は、図１に示す回折光学素子を示す平面図である。
図３は、図１に示すディスク上の集光スポットの位置を示す平面図である。
図４（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスクのデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（ａ）はメインビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｂ）はサブビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｃ）は差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。
図５は、差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う従来の光ヘッド装置を示すブロック図である。
図６は、この従来の光ヘッド装置における回折光学素子を示す平面図である。
図７は、従来の光ヘッド装置におけるディスク上の集光スポットの位置を示す平面図である。
図８は、光検出器の受光部及び光検出器上の光スポットの位置を示す平面図である。
図９（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスクのデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（ａ）はメインビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｂ）はサブビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｃ）は差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。
図１０は、従来の光ヘッド装置における回折光学素子を示す平面図である。
図１１は、この従来の光ヘッド装置におけるディスク上の集光スポットの位置を示す平面図である。
図１２（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスクのデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（ａ）はメインビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｂ）はサブビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｃ）は差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。
図２は、図１に示す回折光学素子を示す平面図である。
図３は、図１に示すディスク上の集光スポットの位置を示す平面図である。
図４（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスクのデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（ａ）はメインビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｂ）はサブビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｃ）は差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。
図５は、差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う従来の光ヘッド装置を示すブロック図である。
図６は、この従来の光ヘッド装置における回折光学素子を示す平面図である。
図７は、従来の光ヘッド装置におけるディスク上の集光スポットの位置を示す平面図である。
図８は、光検出器の受光部及び光検出器上の光スポットの位置を示す平面図である。
図９（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスクのデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（ａ）はメインビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｂ）はサブビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｃ）は差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。
図１０は、従来の光ヘッド装置における回折光学素子を示す平面図である。
図１１は、この従来の光ヘッド装置におけるディスク上の集光スポットの位置を示す平面図である。
図１２（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスクのデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（ａ）はメインビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｂ）はサブビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｃ）は差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。
本発明者等は、前述の課題を解決するためには、光ヘッド装置がディスク上に形成するメインビーム及びサブビームの集光スポットが同一トラック上に位置し、且つ、フォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性が、集光スポットがランドに位置している場合とグルーブに位置している場合とで相互に等しくなることが必要であると考えた。そして、このような条件を見出すべく鋭意実験研究を行った結果、回折光学素子を（２×２）のマトリクス状に４つの領域に分けて、相互に対角の位置にある２領域と他の２領域との間で回折格子の位相をπだけ異ならせ、サブビームの集光スポットに４つのピークを形成することにより、前述の条件を満足できることを知見し、本発明を完成した。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態に係る光学式情報記録再生装置を示すブロック図であり、図２は図１に示す回折光学素子を示す平面図である。本実施形態に係る光学式情報記録再生装置は、例えば、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）ドライブである。図１に示すように、本実施形態に係る光学式情報記録再生装置においては、光ヘッド装置３１が組み込まれている。光ヘッド装置３１においては、半導体レーザ１が設けられており、この半導体レーザ１が出射するレーザ光の経路に沿って、半導体レーザ１から出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズ２、入射した光を回折させる回折光学素子３ａ、Ｐ偏光を透過させＳ偏光を所定の方向に反射する偏光ビームスプリッタ４、相互に垂直な方向に振動する直線偏光が入射したときに、これらの間に１／４波長分の位相差を与える１／４波長板５、入射した平行光を収束させる対物レンズ６が設けられており、この対物レンズ６の焦点に光記録媒体であるディスク７が位置するようになっている。なお、図５の紙面に垂直な方向がディスク７のレーザ光の照射位置における接線方向であり、図示の縦方向がディスク７のレーザ光の照射位置における半径方向となっている。
また、偏光ビームスプリッタ４により反射された光の経路に沿って、円筒レンズ８、レンズ９及び光検出器１０が配置されている。なお、円筒レンズ８及びレンズ９により、光に非点収差を与える非点収差発生手段が構成されている。光検出器１０は、円筒レンズ８及びレンズ９からなる複合レンズにより形成される２つ焦線の中間に設置されている。非点収差発生手段は、円筒レンズ及びレンズにより構成する代わりに、レンズ及び入射光の光軸に対して所定の角度だけ傾けて設置した平行平板により構成することも可能である。光検出器１０の構成は、前述の図８に示す従来の光ヘッド装置の光検出器と同じである。但し、光スポット１６ａ、１６ｄ、１６ｅは、夫々回折光学素子３ａからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光の光スポットである。
更に、図２に示すように、回折光学素子３ａは正方形状であり、入射光の光軸を通りディスク７の接線方向に延びる直線及び半径方向に延びる直線により、領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの４つの正方形状の領域に分割されており、各々の領域に回折格子２３が形成されている。即ち、領域１２ａ〜１２ｄは（２×２）のマトリクス状に配列されている。領域１２ａは領域１２ｂ及び領域１２ｃと隣接しており、領域１２ｄとは対角の位置関係にある。回折格子２３のパタンは等間隔の直線状であり、回折格子２３が延びる方向はディスク７の半径方向である。また、領域１２ａにおける格子の位相は領域１２ｄにおける格子の位相と等しく、領域１２ｂにおける格子の位相は領域１２ｃにおける格子の位相と等しく、領域１２ａ及び１２ｄにおける格子の位相と領域１２ｂ及び１２ｃにおける格子の位相とは、互いにπ（半ピッチ分）だけずれている。これにより、領域１２ａ及び１２ｄからの＋１次回折光の位相と領域１２ｂ及び１２ｃからの＋１次回折光の位相は互いにπだけずれ、領域１２ａ及び１２ｄからの−１次回折光の位相と領域１２ｂ及び１２ｃからの−１次回折光の位相は互いにπだけずれる。なお、図中に破線で示してある円は対物レンズ６の有効領域である。
更にまた、図１に示すように、本実施形態に係る光学式情報記録再生装置における光ヘッド装置３１の外部には、外部から入力される記録データに基づき、半導体レーザ１を駆動するための記録信号を生成する記録信号生成回路１７が設けられている。また、記録信号生成回路１７から出力された記録信号が入力され、この記録信号に基づいて半導体レーザ１を駆動するための駆動信号を生成し、これを半導体レーザ１に対して出力する半導体レーザ駆動回路１８が設けられている。
更にまた、光検出器１０から出力された電流信号を電圧信号に変換するプリアンプ１９が設けられており、このプリアンプ１９から出力された電圧信号に基づいて再生信号を生成して再生データを外部へ出力する再生信号生成回路２０が設けられている。また、プリアンプ１９から出力された電圧信号に基づいて、対物レンズ６を駆動するためのフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号を生成する誤差信号生成回路２１が設けられており、このフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号が入力され、これらの信号に基づいて駆動信号を生成する対物レンズ駆動回路２２が設けられており、この対物レンズ駆動回路２２から出力された駆動信号が入力され、対物レンズ６の位置を制御するアクチュエータ（図示せず）が設けられている。なお、対物レンズ駆動回路２２及びアクチュエータにより対物レンズ駆動手段が構成されている。更に、本実施形態に係る光学式情報記録再生装置においては、ディスク７を回転させるスピンドル制御回路、及び光ヘッド装置３１全体をディスク７に対して移動させるポジショナ制御回路等が設けられている。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る光学式情報記録再生装置の動作について説明する。先ず、ディスク７への記録動作について説明する。図１に示すように、先ず、外部から記録データが記録信号生成回路１７に入力される。そして、この記録信号生成回路１７が入力された記録データに基づき、半導体レーザ１を駆動するための記録信号を生成し、半導体レーザ駆動回路１８に対して出力する。次に、半導体レーザ駆動回路１８がこの記録信号に基づいて駆動信号を生成し、光ヘッド装置３１の半導体レーザ１に対して出力する。
そして、半導体レーザ１が入力された駆動信号に基づいてレーザ光を出射する。このレーザ光はコリメータレンズ２により平行光化され、回折光学素子３ａによりメインビームである０次光及びサブビームである±１次回折光の３つの光に分割される。これらの光は偏光ビームスプリッタ４にＰ偏光として入射してほぼ完全に透過し、１／４波長板５を透過して直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ６でディスク７上に集光される。これにより、ディスク７にデータが書き込まれ、信号が記録される。
図３は図１に示すディスク７上における集光スポットの位置を示す平面図である。図３に示す集光スポット１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、夫々回折光学素子３ａからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光の集光スポットである。３つの集光スポットは同一のトラック１３を含む領域に位置される。なお、トラック１３はランド又はグルーブである。サブビームは光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線及び半径方向に平行な直線を基準として、図示の左上側の領域及び右下側の領域と、右上側の領域及び左下側の領域とで位相が互いにπだけずれている。この結果、サブビームの集光スポット１４ｂ及び１４ｃにおいては、各集光スポットの中心を通りディスク７の接線方向及び半径方向に沿って延びる直線を基準として、左上側、右上側、左下側、右下側に、強度が相互に等しい４つのピークが出現する。
これらの３本のビームは、ディスク７により反射され、対物レンズ６を逆向きに透過し、１／４波長板５を透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ４にＳ偏光として入射してほぼ完全に反射され、円筒レンズ８に向けて出射される。この光が円筒レンズ８及びレンズ９を透過することにより非点収差を与えられ、光検出器１０に入射する。そして、光検出器１０の各受光部１５ａ乃至１５ｌが、受光した光の強度に基づいて電流信号を生成し、プリアンプ１９に対して出力する。このとき、光検出器１０に入射する光は非点収差が与えられているため、ディスク７の焦点位置からのずれ、即ちデフォーカス量に応じて、各受光部１５ａ乃至１５ｌが受光する光の強度が変動する。
次に、図１に示すように、プリアンプ１９が入力された電流信号を電圧信号に変換し、再生信号生成回路２０及び誤差信号生成回路２１に対して出力する。そして、誤差信号生成回路２１が、プリアンプ１９から入力される電圧信号に基づいて、対物レンズ６を駆動するためのフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号を生成する。このとき、上述の数式１乃至３により、非点収差法によるメインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号、並びに差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を得ることができる。
なお、プッシュプル法によるメインビームのトラック誤差信号ＴＥＭは、下記数式４に示す演算により得ることができる。
ＴＥＭ＝（Ｖ１５ａ＋Ｖ１５ｂ）−（Ｖ１５ｃ＋Ｖ１５ｄ）・・・（４）
また、プッシュプル法によるサブビームのトラック誤差信号ＴＥＳは、下記数式５に示す演算から得ることができる。
ＴＥＳ＝（Ｖ１５ｅ＋Ｖ１５ｆ＋Ｖ１５ｉ＋Ｖ１５ｊ）−（Ｖ１５ｇ＋Ｖ１５ｈ＋Ｖ１５ｋ＋Ｖ１５ｌ）・・・（５）
更に、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号ＴＥは、メインビームとサブビームの光量比をＫとすると、下記数式６により得ることができる。
ＴＥ＝ＴＥＭ−Ｋ×ＴＥＳ・・・（６）
そして、対物レンズ駆動回路２２が、誤差信号生成回路２１から入力されるフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号に基づいてアクチュエータを駆動し、対物レンズ６の位置を制御する。これにより、フォーカスサーボ及びトラックサーボの動作が行われる。
次に、ディスク７からの再生動作について説明する。データの再生時においては、半導体レーザ駆動回路１８は外部から入力される記録データに基づいて半導体レーザ１を駆動するのではなく、半導体レーザ１に一定の出力でレーザ光を出射させる。そして、前述の記録動作と同様な動作により、レーザ光がディスク７上に集光して反射され、光検出器１０により電流信号として取り出される。次いで、プリアンプ１９がこの電流信号を電圧信号に変換して再生信号生成回路２０及び誤差信号生成回路２１に対して出力する。
次に、再生信号生成回路２０が、プリアンプ１９から入力される電圧信号に基づき、再生信号を生成する。メインビームの再生信号Ｄは、下記数式７に示す演算により得ることができる。
Ｄ＝Ｖ１５ａ＋Ｖ１５ｂ＋Ｖ１５ｃ＋Ｖ１５ｄ・・・（７）
そして、再生信号生成回路２０がこの再生信号Ｄを再生データとして外部へ出力する。これにより、ディスク７からの信号の再生が行われる。なお、誤差信号生成回路２１、対物レンズ駆動回路２２及びアクチュエータの動作は、前述のデータ記録時と同様である。
本実施形態においては、３つの集光スポットが同一のトラック上に配置されているため、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応できる。また、本実施形態においては、回折光学素子３ａ（図２参照）を設けることにより、以下に示すような効果が得られる。先ず、コリメータレンズ２により平行光となったレーザ光のうち、回折光学素子３ａの領域１２ａ及び１２ｂを透過又は回折したメインビーム及びサブビームについて考える。特開平９−８１９４２号公報に記載されているように、回折光学素子３ａの領域１２ａにおける格子の位相と領域１２ｂにおける格子の位相とを互いにπだけずらすことにより、光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線の左側領域と右側領域とでサブビームの位相を互いにπだけずらすことは、メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットとを、ディスク７上で半径方向に相互に１トラックピッチ分だけ離して配置することと、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同等の効果を有する。同様に、コリメータレンズ２により平行光となったレーザ光のうち、回折光学素子３ａの領域１２ｃ及び１２ｄを透過又は回折したメインビーム及びサブビームについて考えると、回折光学素子３ａの領域１２ｃにおける格子の位相と領域１２ｄにおける格子の位相とを互いにπだけずらすことにより、光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線の左側領域と右側領域とでサブビームの位相を互いにπだけずらすことは、メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットとを、ディスク７上で半径方向に相互に１トラックピッチ分だけ離して配置することと、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同等の効果を有する。
従って、メインビーム及びサブビーム全体について考えると、回折光学素子３ａの領域１２ａ及び１２ｄにおける格子の位相と、領域１２ｂ及び１２ｃにおける格子の位相とを互いにπだけずらすことにより、光軸を通りディスク７の接線方向に延びる直線及び半径方向に延びる直線の左上側領域及び右下側領域と、右上側領域及び左下側領域とでサブビームの位相を互いにπだけずらすことは、メインビームの集光スポットとサブビームとの集光スポットを、ディスク７上で半径方向に相互に１トラックピッチ分だけ離して配置することと、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同等の効果を有する。
更に、本実施形態においては、光ヘッド装置３１がディスク７上に形成する集光スポットがランド及びグルーブを横断しても、溝横断雑音の発生を抑制することができる。以下、この効果について説明する。図４（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスク７のデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（ａ）は上記数式１により計算されるメインビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｂ）は上記数式２により計算されるサブビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｃ）は上記数式３により計算される差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。また、図４（ａ）乃至（ｃ）において、黒丸（●）は集光スポットがランド上に位置している場合のフォーカス誤差信号を示し、白丸（○）は集光スポットがグルーブ上に位置している場合のフォーカス誤差信号を示す。なお、本計算において設定される計算条件は、図９（ａ）乃至（ｃ）に示す計算を行う際に設定した条件と同じである。
図４（ａ）に示すように、メインビームのみを用いて単純な非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とは相互に異なるため、溝横断雑音が発生する。これに対し、図４（ｃ）に示すように、メインビーム及びサブビームの双方を用いて差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とは、デフォーカス量が−１．５μｍ乃至＋１．５μｍの範囲内でほぼ一致しているため、溝横断雑音を十分に抑制できる。これは、図４（ａ）に示すメインビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と図４（ｂ）に示すサブビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とが、デフォーカス量が−１．５μｍ乃至＋１．５μｍの範囲内でランドとグルーブとで互いに逆になり、それらを加算することにより、ランドとグルーブとにおけるデフォーカス量依存性の違いが十分に相殺されるためである。
このように、本実施形態においては、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対し、差動非点収差法により溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号を得ることができる。また、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対し、差動プッシュプル法によりオフセットが抑制された良好なトラック誤差信号を得ることができる。
更にまた、本実施形態に係る光ヘッド装置３１においては、偏光ビームスプリッタ４と対物レンズ６との間に１／４波長板５が設けられているため、コリメータレンズ２から偏光ビームスプリッタ４に入射する光がＰ偏光であるとき、この光が偏光ビームスプリッタ４を透過してディスク７との間を往復する間に１／４波長板５を２回通過し、対物レンズ６から偏光ビームスプリッタ４に入射する光がＳ偏光となる。そして、偏光ビームスプリッタ４がＰ偏光を透過させＳ偏光を反射するものであるため、コリメータレンズ２から偏光ビームスプリッタ４に入射した光を実質的に損失無く対物レンズ６に向けて出射させることができると共に、対物レンズ６から偏光ビームスプリッタ４に入射した光を実質的に損失無く円筒レンズ８に向けて出射させることができる。
なお、本実施形態においては、回折光学素子３ａの領域１２ａ及び１２ｄにおける格子の位相と、領域１２ｂ及び１２ｃにおける格子の位相とは、互いにπだけずれているが、この位相のずれ量は厳密にπである必要はなく、ほぼπであれば良い。これは、差動非点収差法による溝横断雑音の抑制効果は位相のずれ量がπのときに最大になるが、位相のずれ量がπの近傍における溝横断雑音の抑制効果の変化は緩やかであり、位相のずれ量がπから多少変化しても、溝横断雑音の抑制効果は殆んど変化しないためである。
また、本実施形態においては、集光スポット１４ａ、１４ｂ、１４ｃは同一のトラック１３上に位置するようになっているが、この集光スポットの位置は厳密に同一のトラック上である必要はなく、同一トラックを含む領域であれば良い。差動非点収差法による溝横断雑音の抑制効果は集光スポットの配置が同一のトラック上のときに最大になるが、集光スポットが同一トラックの近傍に位置している限り、集光スポットの中心がトラックの中心線から外れたときの溝横断雑音の抑制効果の変化は緩やかであり、集光スポットの配置が同一のトラック上から多少変化しても、溝横断雑音の抑制効果は殆んど変化しないためである。
本実施形態に係る光学式情報記録再生装置は、ディスク７に対して記録及び再生を行う記録再生装置である。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ディスク７に対して再生のみを行う再生専用装置であってもよい。この場合、半導体レーザ１は、外部から入力された記録データに基づいて駆動されるのではなく、常に一定の出力でレーザ光を出射する。
なお、本実施形態に係る光学式情報記録再生装置はＤＶＤドライブに限定されず、再生専用装置であってもよく、ＤＶＤ−Ｒ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ：書込可能ＤＶＤ）ドライブ、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出専用ＤＶＤ）ドライブ、又はＤＶＤ−ＲＷ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）等であってもよく、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ：書込可能コンパクトディスク）又はＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出専用コンパクトディスク）等であってもよい。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態に係る光学式情報記録再生装置を示すブロック図であり、図２は図１に示す回折光学素子を示す平面図である。本実施形態に係る光学式情報記録再生装置は、例えば、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）ドライブである。図１に示すように、本実施形態に係る光学式情報記録再生装置においては、光ヘッド装置３１が組み込まれている。光ヘッド装置３１においては、半導体レーザ１が設けられており、この半導体レーザ１が出射するレーザ光の経路に沿って、半導体レーザ１から出射されたレーザ光を平行光とするコリメータレンズ２、入射した光を回折させる回折光学素子３ａ、Ｐ偏光を透過させＳ偏光を所定の方向に反射する偏光ビームスプリッタ４、相互に垂直な方向に振動する直線偏光が入射したときに、これらの間に１／４波長分の位相差を与える１／４波長板５、入射した平行光を収束させる対物レンズ６が設けられており、この対物レンズ６の焦点に光記録媒体であるディスク７が位置するようになっている。なお、図５の紙面に垂直な方向がディスク７のレーザ光の照射位置における接線方向であり、図示の縦方向がディスク７のレーザ光の照射位置における半径方向となっている。
また、偏光ビームスプリッタ４により反射された光の経路に沿って、円筒レンズ８、レンズ９及び光検出器１０が配置されている。なお、円筒レンズ８及びレンズ９により、光に非点収差を与える非点収差発生手段が構成されている。光検出器１０は、円筒レンズ８及びレンズ９からなる複合レンズにより形成される２つ焦線の中間に設置されている。非点収差発生手段は、円筒レンズ及びレンズにより構成する代わりに、レンズ及び入射光の光軸に対して所定の角度だけ傾けて設置した平行平板により構成することも可能である。光検出器１０の構成は、前述の図８に示す従来の光ヘッド装置の光検出器と同じである。但し、光スポット１６ａ、１６ｄ、１６ｅは、夫々回折光学素子３ａからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光の光スポットである。
更に、図２に示すように、回折光学素子３ａは正方形状であり、入射光の光軸を通りディスク７の接線方向に延びる直線及び半径方向に延びる直線により、領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの４つの正方形状の領域に分割されており、各々の領域に回折格子２３が形成されている。即ち、領域１２ａ〜１２ｄは（２×２）のマトリクス状に配列されている。領域１２ａは領域１２ｂ及び領域１２ｃと隣接しており、領域１２ｄとは対角の位置関係にある。回折格子２３のパタンは等間隔の直線状であり、回折格子２３が延びる方向はディスク７の半径方向である。また、領域１２ａにおける格子の位相は領域１２ｄにおける格子の位相と等しく、領域１２ｂにおける格子の位相は領域１２ｃにおける格子の位相と等しく、領域１２ａ及び１２ｄにおける格子の位相と領域１２ｂ及び１２ｃにおける格子の位相とは、互いにπ（半ピッチ分）だけずれている。これにより、領域１２ａ及び１２ｄからの＋１次回折光の位相と領域１２ｂ及び１２ｃからの＋１次回折光の位相は互いにπだけずれ、領域１２ａ及び１２ｄからの−１次回折光の位相と領域１２ｂ及び１２ｃからの−１次回折光の位相は互いにπだけずれる。なお、図中に破線で示してある円は対物レンズ６の有効領域である。
更にまた、図１に示すように、本実施形態に係る光学式情報記録再生装置における光ヘッド装置３１の外部には、外部から入力される記録データに基づき、半導体レーザ１を駆動するための記録信号を生成する記録信号生成回路１７が設けられている。また、記録信号生成回路１７から出力された記録信号が入力され、この記録信号に基づいて半導体レーザ１を駆動するための駆動信号を生成し、これを半導体レーザ１に対して出力する半導体レーザ駆動回路１８が設けられている。
更にまた、光検出器１０から出力された電流信号を電圧信号に変換するプリアンプ１９が設けられており、このプリアンプ１９から出力された電圧信号に基づいて再生信号を生成して再生データを外部へ出力する再生信号生成回路２０が設けられている。また、プリアンプ１９から出力された電圧信号に基づいて、対物レンズ６を駆動するためのフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号を生成する誤差信号生成回路２１が設けられており、このフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号が入力され、これらの信号に基づいて駆動信号を生成する対物レンズ駆動回路２２が設けられており、この対物レンズ駆動回路２２から出力された駆動信号が入力され、対物レンズ６の位置を制御するアクチュエータ（図示せず）が設けられている。なお、対物レンズ駆動回路２２及びアクチュエータにより対物レンズ駆動手段が構成されている。更に、本実施形態に係る光学式情報記録再生装置においては、ディスク７を回転させるスピンドル制御回路、及び光ヘッド装置３１全体をディスク７に対して移動させるポジショナ制御回路等が設けられている。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る光学式情報記録再生装置の動作について説明する。先ず、ディスク７への記録動作について説明する。図１に示すように、先ず、外部から記録データが記録信号生成回路１７に入力される。そして、この記録信号生成回路１７が入力された記録データに基づき、半導体レーザ１を駆動するための記録信号を生成し、半導体レーザ駆動回路１８に対して出力する。次に、半導体レーザ駆動回路１８がこの記録信号に基づいて駆動信号を生成し、光ヘッド装置３１の半導体レーザ１に対して出力する。
そして、半導体レーザ１が入力された駆動信号に基づいてレーザ光を出射する。このレーザ光はコリメータレンズ２により平行光化され、回折光学素子３ａによりメインビームである０次光及びサブビームである±１次回折光の３つの光に分割される。これらの光は偏光ビームスプリッタ４にＰ偏光として入射してほぼ完全に透過し、１／４波長板５を透過して直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ６でディスク７上に集光される。これにより、ディスク７にデータが書き込まれ、信号が記録される。
図３は図１に示すディスク７上における集光スポットの位置を示す平面図である。図３に示す集光スポット１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、夫々回折光学素子３ａからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光の集光スポットである。３つの集光スポットは同一のトラック１３を含む領域に位置される。なお、トラック１３はランド又はグルーブである。サブビームは光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線及び半径方向に平行な直線を基準として、図示の左上側の領域及び右下側の領域と、右上側の領域及び左下側の領域とで位相が互いにπだけずれている。この結果、サブビームの集光スポット１４ｂ及び１４ｃにおいては、各集光スポットの中心を通りディスク７の接線方向及び半径方向に沿って延びる直線を基準として、左上側、右上側、左下側、右下側に、強度が相互に等しい４つのピークが出現する。
これらの３本のビームは、ディスク７により反射され、対物レンズ６を逆向きに透過し、１／４波長板５を透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ４にＳ偏光として入射してほぼ完全に反射され、円筒レンズ８に向けて出射される。この光が円筒レンズ８及びレンズ９を透過することにより非点収差を与えられ、光検出器１０に入射する。そして、光検出器１０の各受光部１５ａ乃至１５ｌが、受光した光の強度に基づいて電流信号を生成し、プリアンプ１９に対して出力する。このとき、光検出器１０に入射する光は非点収差が与えられているため、ディスク７の焦点位置からのずれ、即ちデフォーカス量に応じて、各受光部１５ａ乃至１５ｌが受光する光の強度が変動する。
次に、図１に示すように、プリアンプ１９が入力された電流信号を電圧信号に変換し、再生信号生成回路２０及び誤差信号生成回路２１に対して出力する。そして、誤差信号生成回路２１が、プリアンプ１９から入力される電圧信号に基づいて、対物レンズ６を駆動するためのフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号を生成する。このとき、上述の数式１乃至３により、非点収差法によるメインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号、並びに差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を得ることができる。
なお、プッシュプル法によるメインビームのトラック誤差信号ＴＥＭは、下記数式４に示す演算により得ることができる。
ＴＥＭ＝（Ｖ１５ａ＋Ｖ１５ｂ）−（Ｖ１５ｃ＋Ｖ１５ｄ）・・・（４）
また、プッシュプル法によるサブビームのトラック誤差信号ＴＥＳは、下記数式５に示す演算から得ることができる。
ＴＥＳ＝（Ｖ１５ｅ＋Ｖ１５ｆ＋Ｖ１５ｉ＋Ｖ１５ｊ）−（Ｖ１５ｇ＋Ｖ１５ｈ＋Ｖ１５ｋ＋Ｖ１５ｌ）・・・（５）
更に、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号ＴＥは、メインビームとサブビームの光量比をＫとすると、下記数式６により得ることができる。
ＴＥ＝ＴＥＭ−Ｋ×ＴＥＳ・・・（６）
そして、対物レンズ駆動回路２２が、誤差信号生成回路２１から入力されるフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号に基づいてアクチュエータを駆動し、対物レンズ６の位置を制御する。これにより、フォーカスサーボ及びトラックサーボの動作が行われる。
次に、ディスク７からの再生動作について説明する。データの再生時においては、半導体レーザ駆動回路１８は外部から入力される記録データに基づいて半導体レーザ１を駆動するのではなく、半導体レーザ１に一定の出力でレーザ光を出射させる。そして、前述の記録動作と同様な動作により、レーザ光がディスク７上に集光して反射され、光検出器１０により電流信号として取り出される。次いで、プリアンプ１９がこの電流信号を電圧信号に変換して再生信号生成回路２０及び誤差信号生成回路２１に対して出力する。
次に、再生信号生成回路２０が、プリアンプ１９から入力される電圧信号に基づき、再生信号を生成する。メインビームの再生信号Ｄは、下記数式７に示す演算により得ることができる。
Ｄ＝Ｖ１５ａ＋Ｖ１５ｂ＋Ｖ１５ｃ＋Ｖ１５ｄ・・・（７）
そして、再生信号生成回路２０がこの再生信号Ｄを再生データとして外部へ出力する。これにより、ディスク７からの信号の再生が行われる。なお、誤差信号生成回路２１、対物レンズ駆動回路２２及びアクチュエータの動作は、前述のデータ記録時と同様である。
本実施形態においては、３つの集光スポットが同一のトラック上に配置されているため、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対応できる。また、本実施形態においては、回折光学素子３ａ（図２参照）を設けることにより、以下に示すような効果が得られる。先ず、コリメータレンズ２により平行光となったレーザ光のうち、回折光学素子３ａの領域１２ａ及び１２ｂを透過又は回折したメインビーム及びサブビームについて考える。特開平９−８１９４２号公報に記載されているように、回折光学素子３ａの領域１２ａにおける格子の位相と領域１２ｂにおける格子の位相とを互いにπだけずらすことにより、光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線の左側領域と右側領域とでサブビームの位相を互いにπだけずらすことは、メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットとを、ディスク７上で半径方向に相互に１トラックピッチ分だけ離して配置することと、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同等の効果を有する。同様に、コリメータレンズ２により平行光となったレーザ光のうち、回折光学素子３ａの領域１２ｃ及び１２ｄを透過又は回折したメインビーム及びサブビームについて考えると、回折光学素子３ａの領域１２ｃにおける格子の位相と領域１２ｄにおける格子の位相とを互いにπだけずらすことにより、光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線の左側領域と右側領域とでサブビームの位相を互いにπだけずらすことは、メインビームの集光スポットとサブビームの集光スポットとを、ディスク７上で半径方向に相互に１トラックピッチ分だけ離して配置することと、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同等の効果を有する。
従って、メインビーム及びサブビーム全体について考えると、回折光学素子３ａの領域１２ａ及び１２ｄにおける格子の位相と、領域１２ｂ及び１２ｃにおける格子の位相とを互いにπだけずらすことにより、光軸を通りディスク７の接線方向に延びる直線及び半径方向に延びる直線の左上側領域及び右下側領域と、右上側領域及び左下側領域とでサブビームの位相を互いにπだけずらすことは、メインビームの集光スポットとサブビームとの集光スポットを、ディスク７上で半径方向に相互に１トラックピッチ分だけ離して配置することと、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に関しては同等の効果を有する。
更に、本実施形態においては、光ヘッド装置３１がディスク７上に形成する集光スポットがランド及びグルーブを横断しても、溝横断雑音の発生を抑制することができる。以下、この効果について説明する。図４（ａ）乃至（ｃ）は、横軸にディスク７のデフォーカス量をとり、縦軸に和信号で規格化したフォーカス誤差信号の信号レベルをとって、各種のフォーカス誤差信号を計算した例を示すグラフ図であり、（ａ）は上記数式１により計算されるメインビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｂ）は上記数式２により計算されるサブビームのフォーカス誤差信号を示し、（ｃ）は上記数式３により計算される差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を示す。また、図４（ａ）乃至（ｃ）において、黒丸（●）は集光スポットがランド上に位置している場合のフォーカス誤差信号を示し、白丸（○）は集光スポットがグルーブ上に位置している場合のフォーカス誤差信号を示す。なお、本計算において設定される計算条件は、図９（ａ）乃至（ｃ）に示す計算を行う際に設定した条件と同じである。
図４（ａ）に示すように、メインビームのみを用いて単純な非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とは相互に異なるため、溝横断雑音が発生する。これに対し、図４（ｃ）に示すように、メインビーム及びサブビームの双方を用いて差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、ランドにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とグルーブにおけるフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とは、デフォーカス量が−１．５μｍ乃至＋１．５μｍの範囲内でほぼ一致しているため、溝横断雑音を十分に抑制できる。これは、図４（ａ）に示すメインビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性と図４（ｂ）に示すサブビームのフォーカス誤差信号のデフォーカス量依存性とが、デフォーカス量が−１．５μｍ乃至＋１．５μｍの範囲内でランドとグルーブとで互いに逆になり、それらを加算することにより、ランドとグルーブとにおけるデフォーカス量依存性の違いが十分に相殺されるためである。
このように、本実施形態においては、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対し、差動非点収差法により溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号を得ることができる。また、トラックピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対し、差動プッシュプル法によりオフセットが抑制された良好なトラック誤差信号を得ることができる。
更にまた、本実施形態に係る光ヘッド装置３１においては、偏光ビームスプリッタ４と対物レンズ６との間に１／４波長板５が設けられているため、コリメータレンズ２から偏光ビームスプリッタ４に入射する光がＰ偏光であるとき、この光が偏光ビームスプリッタ４を透過してディスク７との間を往復する間に１／４波長板５を２回通過し、対物レンズ６から偏光ビームスプリッタ４に入射する光がＳ偏光となる。そして、偏光ビームスプリッタ４がＰ偏光を透過させＳ偏光を反射するものであるため、コリメータレンズ２から偏光ビームスプリッタ４に入射した光を実質的に損失無く対物レンズ６に向けて出射させることができると共に、対物レンズ６から偏光ビームスプリッタ４に入射した光を実質的に損失無く円筒レンズ８に向けて出射させることができる。
なお、本実施形態においては、回折光学素子３ａの領域１２ａ及び１２ｄにおける格子の位相と、領域１２ｂ及び１２ｃにおける格子の位相とは、互いにπだけずれているが、この位相のずれ量は厳密にπである必要はなく、ほぼπであれば良い。これは、差動非点収差法による溝横断雑音の抑制効果は位相のずれ量がπのときに最大になるが、位相のずれ量がπの近傍における溝横断雑音の抑制効果の変化は緩やかであり、位相のずれ量がπから多少変化しても、溝横断雑音の抑制効果は殆んど変化しないためである。
また、本実施形態においては、集光スポット１４ａ、１４ｂ、１４ｃは同一のトラック１３上に位置するようになっているが、この集光スポットの位置は厳密に同一のトラック上である必要はなく、同一トラックを含む領域であれば良い。差動非点収差法による溝横断雑音の抑制効果は集光スポットの配置が同一のトラック上のときに最大になるが、集光スポットが同一トラックの近傍に位置している限り、集光スポットの中心がトラックの中心線から外れたときの溝横断雑音の抑制効果の変化は緩やかであり、集光スポットの配置が同一のトラック上から多少変化しても、溝横断雑音の抑制効果は殆んど変化しないためである。
本実施形態に係る光学式情報記録再生装置は、ディスク７に対して記録及び再生を行う記録再生装置である。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ディスク７に対して再生のみを行う再生専用装置であってもよい。この場合、半導体レーザ１は、外部から入力された記録データに基づいて駆動されるのではなく、常に一定の出力でレーザ光を出射する。
なお、本実施形態に係る光学式情報記録再生装置はＤＶＤドライブに限定されず、再生専用装置であってもよく、ＤＶＤ−Ｒ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ：書込可能ＤＶＤ）ドライブ、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出専用ＤＶＤ）ドライブ、又はＤＶＤ−ＲＷ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）等であってもよく、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ：書込可能コンパクトディスク）又はＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出専用コンパクトディスク）等であってもよい。
本発明は、ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭ等の光記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置に関する。
Claims (11)
- 光源と、この光源から出射した光を回折させてメインビームとサブビームとに分割する回折光学素子と、前記メインビーム及びサブビームを光記録媒体に集光する対物レンズと、前記光記録媒体により反射された光に非点収差を与える非点収差発生手段と、この非点収差発生手段を透過した光を受光して前記メインビーム及びサブビームを受光する光検出器と、を有し、前記回折光学素子は、前記光の光軸と交わり前記回折光学素子の格子が延びる方向に延びる第１の直線及び前記光軸と交わり前記第１の直線と直交する第２の直線により第１乃至第４の４つの領域に分割されており、第１の領域とこの第１の領域の対角に位置する第２の領域における格子の位相と、前記第１及び第２の領域に隣接し相互に対角の位置にある第３及び第４の領域における格子の位相とが互いに実質的にπだけずれており、前記メインビーム及びサブビームは前記光記録媒体の同一トラックを含む領域に集光されることを特徴とする光ヘッド装置。
- 前記光記録媒体の形状が円板状であり、前記第１の直線が前記光記録媒体の光が照射される領域におけるトラックの接線方向に平行であり、前記第２の直線が前記光記録媒体の前記領域における半径方向に平行であることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド装置。
- 前記メインビームは前記回折光学素子を透過した０次光であり、前記サブビームは前記回折光学素子により回折された−１次回折光及び＋１次回折光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ヘッド装置。
- 前記光源が半導体レーザであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
- 前記回折光学素子から入射した光の少なくとも一部を前記対物レンズに向けて出射すると共に、前記光記録媒体により反射され、前記対物レンズから入射した光の少なくとも一部を前記非点収差発生手段に向けて出射するビームスプリッタを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
- 前記ビームスプリッタがＰ偏光を透過させると共にＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタであり、この偏光ビームスプリッタと前記対物レンズとの間に設けられた１／４波長板を有することを特徴とする請求項５に記載の光ヘッド装置。
- 請求項１乃至６のいずれか１項に記載された光ヘッド装置と、前記光検出器の検出信号に基づいて非点収差法による前記メインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号を生成し、このメインビーム及びサブビームのフォーカス誤差信号の和をフォーカスサーボ用フォーカス誤差信号として出力する誤差信号生成回路と、前記フォーカスサーボ用フォーカス誤差信号に基づいて前記対物レンズの位置を制御する対物レンズ駆動手段と、を有することを特徴とする光学式情報記録再生装置。
- 前記誤差信号生成回路が、前記光検出器の検出信号に基づいてプッシュプル法による前記メインビーム及びサブビームのトラック誤差信号を生成し、このメインビームのトラック誤差信号とサブビームのトラック誤差信号との差をトラックサーボ用トラック誤差信号としてさらに出力するものであり、前記対物レンズ駆動手段が前記トラックサーボ用トラック誤差信号に基づいて前記対物レンズの位置をさらに制御するものであることを特徴とする請求項７に記載の光学式情報記録再生装置。
- 前記光源の出力を制御する光源駆動手段を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の光学式情報記録再生装置。
- 前記光源駆動手段が外部から入力される記録データに基づいて前記光源を駆動するものであることを特徴とする請求項９に記載の光学式情報記録再生装置。
- 前記光源駆動手段が前記光源を一定の出力で駆動するものであることを特徴とする請求項９に記載の光学式情報記録再生装置。
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