JP4185536B2 - 光ピックアップヘッド装置及び情報記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、光記憶媒体に対して情報の記録、再生もしくは消去を行う装置に使用される、光ピックアップヘッド装置及び情報記録再生装置に関するものである。

高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルなどその応用が拡大しつつある。近年、ＤＶＤと称する高密度・大容量の光ディスクが実用化され、動画のような大量の情報を扱える情報媒体として脚光を浴びているが、このＤＶＤ光ディスクは６５０ｎｍ付近の波長のレーザ光を発するいわゆる赤色半導体レーザを用いて記録あるいは再生されている。

図１０は、記録再生が可能な光ディスクシステムにおける光ピックアップヘッド装置で用いられている、一般的な光学系の構成を示した図である。光源である半導体レーザ光源１は、波長λ１が６５０ｎｍの直線偏光の発散ビーム７００を出射する。半導体レーザ１から出射された発散ビーム７００は、回折格子６０に入射する。回折格子６０に入射したビーム７００は、０次及び±１次回折光の３つのビームに分岐される。０次回折光が情報の記録／再生を行うメインビーム７００ａ、±１次回折光が安定なトラッキング誤差信号の検出を行うためのディファレンシャルプッシュプル（ＤＰＰ）用の２つのサブビーム７００ｂ及び７００ｃとなる。回折格子６０で生成された０次回折光７００ａと１次回折光７００ｂ及び７００ｃのそれぞれとの回折効率の比は、いずれもサブビームにより不要な記録がなされることを避けるために、通常２０：１程度に設定される。回折格子６０で生成された３つのビーム７００ａ〜７００ｃは、偏光ビームスプリッタ５２を透過し、焦点距離２０ｍｍのコリメートレンズ５３で平行光に変換される。平行光に変換されたビーム７００ａ〜７００ｃは、４分の１波長板５４を透過して円偏光に変換された後、焦点距離３ｍｍの対物レンズ５６で収束ビームに変換され、光記憶媒体４１の透明基板４１ａを透過し、情報記録面４１ｂ上に集光される。対物レンズ５６の開口はアパーチャ５５で制限され、開口数ＮＡを０．６としている。透明基板４１ａの厚さは、０．６ｍｍである。

図１１Ａは、回折格子６０を模式的に示した正面図、図１１Ｂはその側面断面図である。Ｙ方向が光記憶媒体４１上のトラックと平行な方向、Ｘ方向が光記憶媒体４１上のトラックと直交する方向である。回折格子６０には、等しい周期Ｐｔの直線状の格子パターンが形成されている。格子の深さｄ０は、ビーム７００ａとビーム７００ｂ及び７００ｃのそれぞれとの光量比がいずれも２０：１となるようにしている。回折格子６０の空間周波数軸６０ｄとＹ軸のなす角度θは、光記憶媒体４１の情報記録面４１ｂに形成されたトラックと集光されたビーム７００ａ〜７００ｃの位置の関係で決まり、通常１〜２度程度である。

図１２は、情報記録面４１ｂ上のビーム７００ａ〜７００ｃとトラックとの関係を示している。光記憶媒体４１には、トラックとなる連続溝が形成されている。トラックの周期Ｔｐは０．７４μｍである。メインビーム７００ａがトラック上に位置するとき、サブビーム７００ｂと７００ｃがそれぞれトラック間となるように、ビームを配置している。すなわち、メインビーム７００ａとサブビーム７００ｂもしくは７００ｃのトラックと直交する方向の間隔Ｌは０．３７μｍである。

情報記録面４１ｂで反射されたビーム７００ａ〜７００ｃは、対物レンズ５６、４分の１波長板５４を透過して往路の光とは９０度異なる直線偏光に変換された後、コリメートレンズ５３を透過して収束光に変換され、偏光ビームスプリッタ５２で反射される。偏光ビームスプリッタ５２で反射したビーム７００ａ〜７００ｃは、シリンドリカルレンズ５７を経て、光検出器３１に入射する。ビーム７００ａ〜７００ｃには、シリンドリカルレンズ５７を透過する際、非点収差が付与される。光検出器３１は８つの受光部３１ａ〜３１ｈを有し、受光部３１ａ〜３１ｄがビーム７００ａを、受光部３１ｅ〜３１ｆがビーム７００ｂを、受光部３１ｇ〜３１ｈがビーム７００ｃを、それぞれ受光する。受光部３１ａから３１ｈは、それぞれ受光した光量に応じた電流信号を出力する。

非点収差法によるフォーカス誤差信号及び位相差法によるトラッキング誤差信号及びプッシュプル法によるトラッキング誤差信号は、メインビーム７００ａを受光する受光部３１ａ〜３１ｄから出力される信号を用いて得られる。また、ＤＶＤ−ＲＷ（登録商標）等の連続溝ディスクの記録／再生時には、サブビーム７００ｂと７００ｃを受光する受光部３１ｅ〜３１ｈから出力される信号も併用することで、ＤＰＰ法によるトラッキング誤差信号が得られる。フォーカス誤差信号及びトラッキング誤差信号は、所望のレベルに増幅及び位相補償が行われた後、アクチュエータ９１及び９２に供給されて、フォーカス及びトラッキング制御がなされる。

ＤＶＤでは、再生専用のＲＯＭディスクの場合には、情報記録面を２面設けた２層ディスクが規格化されている。再生専用の２層ディスクは、トラッキング誤差信号を位相差法で検出することで、従来の構成の光ピックアップヘッド装置を用いて何ら問題なく情報を読み出すことができる。

さらに、研究開発レベルでは、記録可能な情報記録面を２面有する光記憶媒体（以下２層記録ディスクとする）の開発成果が盛んに発表されている。２層記録ディスクは、初期に情報が書き込まれていないため、トラッキング誤差信号を位相差法で検出することはできず、記録可能な情報記録面を１面有する光記憶媒体（以下単層記録ディスクとする）を用いたときと同様に、ＤＰＰ法でトラッキング誤差信号を検出する。

しかしながら上記のような従来の構成で、２層記録ディスクを用いた場合、トラッキング誤差信号をＤＰＰ法で検出しても、対物レンズをトラッキング追従させたときや光記憶媒体にチルトが生じたとき、トラッキング誤差信号に補正できないオフセット変動が発生する。これは、以下の理由による。一方の情報記録面に情報を記録する際（以下、このときの情報記録面を集光面とする）、集光面に焦点を結ぶビームの一部は反射され、一部が集光面を透過して他方の情報記録面（以下、このときの情報記録面を非集光面とする）にデフォーカスしたビームで到達し反射される。非集光面で反射されたビームも光検出器に向かい、このビームは、収差やビーム内の光量むら等により、ＤＰＰ法でトラッキング誤差信号を検出する際に完全には相殺しきれない。従って、対物レンズをトラッキング追従させたときや光記憶媒体にチルトが生じたとき、その相殺しきれない量が変動するため、トラッキング誤差信号にオフセット変動を生じさせるのである。その結果、オフトラックが生じ、光記憶媒体に情報を記録する際、隣接したトラックに記録された情報を一部消去してしまい、光記憶媒体に記録された情報が忠実に読み出せなくなるという課題があった。

本発明は、従来の光ピックアップヘッド装置のこの様な課題を考慮し、光記憶媒体に情報を記録する際、隣接したトラックに記録された情報を消去することなく、光記憶媒体に記録された情報を忠実に読み出すことを実現するためのものであり、対物レンズをトラッキング追従させたときや光記憶媒体にチルトが生じたときでも、トラッキング誤差信号にオフセットの変動がほとんど生じない光ピックアップヘッド装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、そのような光ピックアップヘッド装置を用いた情報記録再生装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光ピックアップヘッド装置は、光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された前記ビームを受けて０次及び１次以上の複数の回折光を生成する回折手段と、前記回折手段からの複数のビームを受けて光記憶媒体上に集光する収束手段と、前記光記憶媒体で反射された前記複数のビームを受けてこれを分岐するビーム分岐手段と、前記ビーム分岐手段で分岐された前記複数のビームを受け、その受けた光量に応じた信号を出力する光検出手段とを具備し、前記回折手段は、第１の領域を中央部に形成し、前記第１の領域の両側に第２の領域と第３の領域とを形成し、前記第１の領域の両側に設けられた前記第２の領域と前記第３の領域の格子パターンは、前記第１の領域に設けられた格子パターンとは異なり、前記第２の領域と前記第３の領域の前記格子パターンの方向と周期が同じで、かつ、位相が相互に１８０度反転していて、前記光検出器は前記０次の回折光を受光してフォーカス誤差信号検出用の信号を出力する複数の受光領域から成る第１の一組の受光領域と、前記第１の一組の受光領域の両側に、複数の受光領域から成る第２の一組の受光領域と複数の受光領域から成る第３の一組の受光領域と、を具備し、前記第１から第３の領域から回折する＋１次回折光を前記第２の一組の受光領域の分割線をまたいで受光し、前記第１から第３の領域から回折する−１次回折光を前記第３の一組の受光領域の分割線をまたいで受光し、前記第２の一組の受光領域と前記第３の一組の受光領域の出力を用いてトラッキングエラー信号を生成することを特徴とする。

また、本発明の情報記録再生装置は、上記の本発明の光ピックアップヘッド装置と、情報記録媒体と光ピックアップヘッド装置との相対的な位置を変化させる駆動部と、前記光ピックアップヘッド装置から出力される信号を受けて演算を行い所望の情報を得る電気信号処理部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、光記憶媒体に２層記録ディスクを用いた時に、トラッキング追従する時や光記憶媒体にチルトが生じた時等においてもトラッキング誤差信号にほとんどオフセットは発生せず、信頼性の高い情報記録再生装置を実現できる。

本発明によれば、上記の構成により、対物レンズをトラッキング追従させたり、光記憶媒体にチルトが生じたりしても、ＤＰＰ法によるトラッキング誤差信号のオフセットによる変動は低減し、その結果、オフトラックも減少する。従って、光記憶媒体が記録可能な２層ディスクの場合には、光記憶媒体に情報を記録する際、隣接したトラックに記録された情報を一部消去することがなく、光記憶媒体に記録された情報を忠実に読み出せる信頼性の高い情報記録再生装置及び情報記録方法を実現できる。

本発明の上記の光ピックアップヘッド装置の前記回折手段には周期もしくは位相が不均一な格子パターンが形成される。このような格子パターンの具体的構成は特に限定されない。

例えば、前記回折手段に形成される格子パターンの周期が漸次異なっていてもよい。

また、前記回折手段は、中央部の両側に相互に位相が異なる格子パターンを備えていてもよい。この場合、前記中央部の両側に設けられた前記格子パターンの位相が相互に１８０度反転していてもよい。あるいは、前記中央部に、その両側の前記格子パターンとは異なる格子パターンが設けられ、前記中央部の両側に設けられた前記格子パターンの位相が相互に１８０度反転していてもよい。

また、前記回折手段は第１のパターン領域と第２のパターン領域と第３のパターン領域とを有し、前記第２のパターン領域と前記第３のパターン領域は前記第１のパターン領域を挟むように設けられ、前記第１のパターン領域には格子パターンが形成され、前記第２のパターン領域と前記第３のパターン領域には格子パターンが形成されていなくてもよい。

また、前記回折手段は第１のパターン領域と第２のパターン領域と第３のパターン領域とを有し、前記第２のパターン領域と前記第３のパターン領域は前記第１のパターン領域を挟むように設けられ、前記第１のパターン領域には格子パターンが形成され、前記第２のパターン領域及び前記第３のパターン領域には前記第１のパターン領域の格子パターンとは異なる格子パターンが形成されていてもよい。

このとき、前記第１のパターン領域に形成された格子パターンの平均的な深さが、前記第２のパターン領域と前記第３のパターン領域の平均的な深さとそれぞれ等しいことが好ましい。

また、本発明の上記の光ピックアップヘッド装置においては、光記憶媒体に集光された複数の回折光のトラックと直交する方向の大きさは、いずれも等しいことが好ましい。

また、本発明の上記の光ピックアップヘッド装置においては、光記憶媒体上に集光された前記０次回折光のトラックと平行な方向の大きさをＳ０、光記憶媒体上に集光された前記１次以上の回折光のトラックと平行な方向の大きさをＳ１としたとき、
（Ｓ１／Ｓ０）^0.5・ＰＷ２／ＰＷ１＞Ｐ１／Ｐ０＞ＰＷ２／ＰＷ１
の関係を有することが好ましい。

また、光記憶媒体が２つ以上の情報記録面を有していてもよい。

次に、本発明の上記の情報記録方法においては、光ピックアップヘッド装置を構成する、複数の光ビームを放射する光放射手段が、単一の光ビームを出射する光源と、前記単一のビームを受けて０次及び１次以上の複数の回折光を生成する回折手段とを含み、前記０次回折光が前記メインビームであり、前記１次以上の回折光が前記サブビームであり、前記回折手段に形成される格子パターンの周期もしくは位相が不均一であってもよい。

このとき、周期もしくは位相が不均一な格子パターンの具体的構成は上記の通りに構成することができる。

以下、本発明の光ピックアップヘッド装置、情報記録再生装置及び情報記録方法の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の符号は同一の構成要素または同様の作用、動作をなすものを表す。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る光ピックアップヘッド装置の構成の一例を示した図である。光源である半導体レーザ光源１は、波長λが６５０ｎｍの直線偏光の発散ビーム７０を出射する。半導体レーザ１から出射された発散ビーム７０は、回折格子６１に入射する。回折格子６１に入射したビーム７０は、０次及び±１次回折光の３つのビームに分岐される。０次回折光が情報の記録／再生を行うメインビーム７０ａ、±１次回折光がトラッキング誤差信号の検出を安定に行うためのＤＰＰ用の２つのサブビーム７０ｂ及び７０ｃとなる。回折格子６１の０次回折光７０ａと１次回折光７０ｂ及び７０ｃのそれぞれとの回折効率の比は、サブビーム７０ｂ及び７０ｃにより不要な記録がなされることを避けるために、通常２０：１程度に設定されるが、ここでは１０：１としている。回折格子６１で生成された３つのビーム７０ａ〜７０ｃは、偏光ビームスプリッタ５２を透過した後、コリメートレンズ５３に入射して平行光に変換される。コリメートレンズ５３の焦点距離は２０ｍｍである。コリメートレンズを透過して平行光に変換されたビーム７０ａ〜７０ｃは、さらに４分の１波長板５４を透過して円偏光に変換された後、焦点距離が３ｍｍの対物レンズ５６で収束ビームに変換され、光記憶媒体４１の透明基板４１ａを透過し、情報記録面４１ｂ上に集光される。対物レンズ５６の開口はアパーチャ５５で制限され、開口数ＮＡを０．６としている。透明基板４１ａの厚さは、０．６ｍｍである。

情報記録面４１ｂで反射されたビーム７０ａ〜７０ｃは、対物レンズ５６を透過して平行光に変換される。対物レンズ５６を透過したビーム７０ａ〜７０ｃは、４分の１波長板５４を透過して往路の光とは９０度異なる直線偏光に変換された後、コリメートレンズ５３を透過して、再度収束光に変換される。コリメートレンズ５３を透過したビーム７０ａ〜７０ｃは、偏光ビームスプリッタ５２で反射する。偏光ビームスプリッタ５２で反射したビーム７０ａ〜７０ｃは、シリンドリカルレンズ５７を経て、光検出器３１に入射する。ビーム７０ａ〜７０ｃには、シリンドリカルレンズ５７を透過する際、非点収差が付与される。光検出器３１は８つの受光部３１ａ〜３１ｈを有し、受光部３１ａ〜３１ｄがビーム７０ａを、受光部３１ｅ〜３１ｆがビーム７０ｂを、受光部３１ｇ〜３１ｈがビーム７０ｃを、それぞれ受光する。受光部３１ａ〜３１ｈは受光した光量に応じた信号を出力する。

受光部３１ａ〜３１ｈは、それぞれ受光した光量に応じた電流信号Ｉ３１ａ〜Ｉ３１ｈを出力する。フォーカス誤差信号は、光検出器３１から出力される信号Ｉ３１ａ〜Ｉ３１ｄを用いて非点収差法により、すなわち（Ｉ３１ａ＋Ｉ３１ｃ）−（Ｉ３１ｂ＋Ｉ３１ｄ）の演算で得られる。また、トラッキング誤差信号は、ＤＰＰ法により、すなわち｛（Ｉ３１ａ＋Ｉ３１ｄ）−（Ｉ３１ｂ＋Ｉ３１ｃ）｝−Ｋ・｛（Ｉ３１ｅ＋Ｉ３１ｇ）−（Ｉ３１ｆ＋Ｉ３１ｈ）｝の演算でそれぞれ得られる。ここでＫは、回折格子６１の０次回折光７０ａと１次回折光７０ｂ及び７０ｃの回折効率の比によって決まる係数である。フォーカス誤差信号及びトラッキング誤差信号は、所望のレベルに増幅及び位相補償が行われた後、対物レンズ５６を動かすためのアクチュエータ９１及び９２に供給されて、フォーカス及びトラッキング制御がなされる。

図２Ａは、回折格子６１を模式的に示した正面図、図２Ｂはその側面断面図である。Ｙ方向が光記憶媒体４１上のトラックと平行な方向、Ｘ方向が光記憶媒体４１上のトラックと直交する方向である。回折格子６１には、直線状の格子パターンが形成されている。格子パターンの周期は、Ｙ方向の位置によって漸次異なり、回折格子６１の上部の格子の周期をＰｔ１、中央部の格子の周期をＰｔ２、下部の格子の周期をＰｔ３としたとき、Ｐｔ１＜Ｐｔ２＜Ｐｔ３の関係を有している。また、格子の深さｄは、ビーム７０ａとビーム７０ｂ及び７０ｃのそれぞれとの光量比がいずれも１０：１となるようにしている。ここで、記録可能な光記憶媒体４１に記録された情報を再生する際、光記憶媒体４１に照射可能な０次回折光７０ａの最大パワーＰＷ２は１ｍＷであり、光記憶媒体４１に情報を記録する際の、０次回折光７０ａの最適なパワーＰＷ１は１２ｍＷである。

図３は、対物レンズ５６で光記憶媒体４１の情報記録面４１ｂ上に集光されたビーム７０ａ〜７０ｃの様子を、図４は、光記憶媒体４１の情報記録面４１ｂ上のビーム７０ａ〜７０ｃの様子を模式的に示している。情報記録面４１ｂには溝からなるトラックが形成されており、トラックの周期Ｔｐは０．７４μｍである。情報は、溝上に記録される。ＤＰＰ法によるトラッキング誤差信号の検出を可能にするため、ビーム７０ａがトラック上に位置するとき、ビーム７０ｂと７０ｃがトラック間に位置するように、ビーム７０ａ〜７０ｃを配置している。すなわち、ビーム７０ａと７０ｂ、及びビーム７０ａと７０ｃのＸ方向の間隔ＬをいずれもＴｐ／２としている。ビーム７０ｂと７０ｃを仮想的に結んだ線分とトラックとがなす角度θは通常１〜２度である。角度θが小さいため、格子パターンの周期を漸次変化させる方向を格子パターンと直交する方向としても、トラックと直交する方向のビームの拡がりは無視できるほど小さい。格子パターンの周期を漸次変化させる方向を格子パターンと直交する方向とすることで、光ピックアップヘッドにおける回折格子６１を取り付ける際のＸ方向の公差を大きく許容できるようにしている。もちろん、トラックと直交する方向のビームの拡がりを完全になくすために、格子パターンを厳密に設計して回折格子を作成してもよい。

ビーム７０ａは、半導体レーザ光源１の波長λと対物レンズ５６の開口数ＮＡで決まる回折限界の大きさにまで集光され、情報記録面４１ｂ上で焦点を結ぶ。一方、ビーム７０ｂと７０ｃは、ＸＺ平面内では、情報記録面４１ｂ上で焦点を結び、回折限界の大きさにまで集光されるが、ＹＺ平面内では、情報記録面４１ｂ上で焦点を結ばず、対物レンズ５６側から見て、ビーム７０ｂは情報記録面４１ｂの奥側に、ビーム７０ｃは情報記録面４１ｂの手前側に、それぞれ焦点を結ぶ。そのため、情報記録面４１ｂ上での、ビーム７０ｂと７０ｃのＹ方向の大きさは、回折限界よりも大きくなる。ビーム７０ｂと７０ｃのＹＺ平面内での焦点位置の違いとＹ方向の大きさは、回折格子６１に形成された格子パターンの周期がＹ方向に漸次異なっているためによって生じる。ビーム７０ｂと７０ｃのＹ方向の大きさは、回折格子６１に形成する格子パターンの周期を変えることによって、任意に設計できるが、ここでは、回折限界の２倍の大きさとしている。

回折格子６１の格子パターンの設計方法については、ホログラムを設計、作製するために一般的に用いる手法が適用できるので、詳細な説明は略する。また、回折格子６１の材質は樹脂でもガラスでもよく、特に制約はない。ここでは、回折格子６１の原盤を最初に作製し、その原盤を金型として用い、ポリオレフィン系の樹脂を成形することで回折格子６１を作製している。

光記憶媒体４１の情報記録面４１ｂ上に集光されるビーム７０ａのパワーＰ０とビーム７０ｂ及び７０ｃのそれぞれのパワーＰ１の比は、回折格子６１の０次回折光の回折効率と１次回折光の回折効率の比と等しく、Ｐｏ：Ｐ１＝１０：１である。したがって、Ｐ１／Ｐ０＞ＰＷ２／ＰＷ１の関係を有している。従来の光ピックアップヘッド装置であれば、Ｐ１／Ｐ０＜ＰＷ２／ＰＷ１の関係を持たさなければ、光記憶媒体４１に情報を記録する際、サブビームが、既に記録された情報を消去してしまうが、本発明の光ピックアップヘッド装置では、情報記録面４１ｂ上におけるビーム７０ｂと７０ｃの大きさがＹ方向に大きくなっているため、その分、サブビーム７０ｂと７０ｃのエネルギーが分散し、Ｐ１／Ｐ０＞ＰＷ２／ＰＷ１としても、ビーム７０ｂ及び７０ｃが情報記録面４１ｂに記録された情報を消去してしまうことはない。

サブビームをＹ方向にどれだけ大きくすれば、情報記録面４１ｂに記録された情報を消去しないかは、情報記録面４１ｂを構成する記録膜の特性により変わるので、一義的には与えられないが、概ね、ビームの大きさを大きくした倍率の平方根程度まで最大照射パワーを増加できる。すなわち、メインビームである０次回折光７０ａのトラックと平行な方向の大きさをＳ０、サブビームである１次回折光７０ｂ及び７０ｃのトラックと平行な方向の大きさをＳ１としたとき、Ｓ１／Ｓ０＝２とすると、サブビームのパワーを１．４倍程度増加させることができる。

従来の光ピックアップヘッド装置よりも１次回折光の強度を高めているので、光記憶媒体に２層記録ディスクを用いた場合でも、非集光面で反射されたビームに起因する迷光の影響を受けにくく、対物レンズ５６をトラッキング追従させたときや光記憶媒体にチルトが生じたときでも、トラッキング誤差信号のオフセット変動は低減し、安定にトラッキング制御をかけることが可能な光ピックアップヘッド装置となる。また、単層記録ディスクを用いた場合でも、光記憶媒体もしくは光ピックアップヘッド装置を構成する光学部品に傷や汚れが付いた場合、対物レンズ５６をトラッキング追従させると、トラッキング誤差信号にオフセットの変動が生じるが、本発明の光ピックアップヘッド装置は、２層記録ディスクのときと同様にトラッキング誤差信号のオフセット変動は低減し、安定にトラッキング制御をかけることが可能である。

更に、トラッキング制御の安定性を高めるために、ビーム７０ｂと７０ｃの光量を高めたい場合には、回折格子６１の格子の深さｄを深くし、ビーム７０ｂと７０ｃがＹ方向に大きくなるように格子パターンを設計すればよい。ビーム７０ｂと７０ｃのＹ方向の大きさは、格子パターンの設計次第で任意に設定することができる。トラッキング誤差信号の振幅は、ビーム７０ｂと７０ｃのＸ方向の大きさとトラックの周期には影響を受けるが、Ｙ方向の大きさには影響を受けない。したがって、本発明の光ピックアップヘッド装置では、ビーム７０ｂと７０ｃをＹ方向に大きくしているにもかかわらず、悪影響はなく良好なトラッキング誤差信号を検出できる。

なお、情報記録面４１ｂに情報を記録する構成として、ＤＶＤ−ＲＷ（登録商標）のように溝もしくは溝間のどちらか一方にのみ情報を記録するグルーブフォーマットと、ＤＶＤ−ＲＡＭ（登録商標）のように溝及び溝間の両方に情報を記録するランドグルーブフォーマットがある。本実施の形態においては、グルーブフォーマットの一例を示したが、本発明の光ピックアップヘッド装置をランドグルーブフォーマットに適用しても何ら問題ない。

また、光記憶媒体の情報記録面４１ｂとしては、光により反射率、屈折率、カー回転角等において物理的な変化を示す材料であれば特に限定されない。光記録材料として一般的な、有機色素材料、相変化材料、光磁気材料等はいずれも適用できる。

また、ここでは光源に波長６５０ｎｍの半導体レーザを用い、対物レンズの開口数を０．６としたが、光源の波長を４０５ｎｍ、対物レンズの開口数を０．８５として、光記憶媒体に記録される情報量を増大させてもよい。また、フォーカス検出法を非点収差法からスポットサイズディテクション法に変えること、光利用効率を高めるためにビーム整形プリズムを用いること、等、本発明の光ピックアップヘッド装置は、趣旨を逸脱しない範囲で、様々な変形が可能である。

また、ここでは、１次回折光７０ｂと１次回折光７０ｃとの回折効率を同一としたが、互いに異なっていてもよい。この場合、少なくとも一方の１次回折光が上記の条件を満足していればよい。

更に、ここでは、回折格子６１で生成するサブビームを１次回折光としたが、２次以上の次数の回折光としても構わない。

（実施の形態２）
図５Ａは、本発明の光ピックアップヘッド装置の別の一例を示す光ピックアップヘッド装置を構成する回折格子６２を模式的に示した正面図、図５Ｂはその側面断面図である。実施の形態１に示す光ピックアップヘッド装置における回折格子６１の代わりに回折格子６２を用いることで光ピックアップヘッド装置を構成することができる。

回折格子６２は２種類のパターン領域６２ａと６２ｂを有している。パターン領域６２ａと６２ｂに形成された格子パターンは、どちらも直線状のパターンであり、一定の周期Ｐｔを有している。ただし、位相は、回折格子６２の中心にある仮想的な境界線６２ｃを境に１８０度反転するようにしている。半導体レーザ光源１から出射されたビーム７０を受けて、回折格子６２は、０次回折光７１ａと１次回折光７１ｂ、７１ｃを生成する。

図６は、光記憶媒体４１の情報記録面４１ｂ上のビーム７１ａ〜７１ｃの様子を模式的に示している。併せて、左側に各ビームスポットの光強度変化を模式的に示している。ビーム７１ａは、回折格子６２の０次回折光であり、実施の形態１の光ピックアップヘッド装置と同様に、半導体レーザ光源１の波長λと対物レンズ５６の開口数ＮＡで決まる回折限界の大きさにまで集光される。一方、ビーム７１ｂと７１ｃは回折格子６２の１次回折光であり、Ｘ方向には、回折限界の大きさにまで集光されるが、Ｙ方向には、ビーム７１ｂと７１ｃがそれぞれ２つピーク強度を持ち、回折限界の約２倍に大きくなる。ビーム７１ｂと７１ｃがそれぞれ２つピーク強度を持ち、Ｙ方向の大きさが大きくなるのは、回折格子６２に形成された格子パターン６２ａと６２ｂの位相を、１８０度反転させているためである。

本実施の形態に示す光ピックアップヘッド装置においても、ビーム７１ｂと７１ｃの大きさがＹ方向に大きくなっているため、ビーム７１ａとビーム７１ｂ及び７１ｃのそれぞれとの強度比をいずれも例えば１０：１としてＰ１／Ｐ０＞ＰＷ２／ＰＷ１の関係を持たしても、ビーム７１ｂ及び７１ｃは情報記録面４１ｂに記録された情報を消去してしまうことはなく、安定にトラッキング制御をかけることが可能なトラッキング誤差信号を得ることができる。

なお、上記の例では領域６２ａと領域６２ｂとに形成された格子パターンを相互に１８０度反転しているが、両格子パターンの位相差は必ずしも１８０度である必要はなく、異なる位相を有していれば同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図７Ａは、本発明の光ピックアップヘッド装置の別の一例を示す光ピックアップヘッド装置を構成する回折格子６３を模式的に示した正面図、図７Ｂはその側面断面図である。実施の形態２に示す光ピックアップヘッド装置における回折格子６２の代わりに回折格子６３を用いることで光ピックアップヘッド装置を構成することができる。

回折格子６３は回折格子６２と同様に２種類のパターン領域６３ａと６３ｂを有している。パターン領域６３ａと６３ｂに形成された格子パターンは、どちらも直線状のパターンであり、一定の周期Ｐｔを有している。ただし、位相は、回折格子６３の中心にある仮想的な境界線６３ｃを境に１８０度反転するようにしている。回折格子６２と６３とで異なる点は、パターン領域６３ａと６３ｂの境界にパターン６３ｄを設けていることである。パターン６３ｄを設けることにより、情報記録面４１ｂに集光された回折格子６３の０次回折光と１次回折光の間に存在する不要な光が減少するので、より安定にトラッキング制御が可能なトラッキング誤差信号を得ることができる。

なお、上記の例では領域６３ａと領域６３ｂとに形成された格子パターンを相互に１８０度反転しているが、両格子パターンの位相差は必ずしも１８０度である必要はなく、異なる位相を有していれば同様の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
図８Ａは、本発明の光ピックアップヘッド装置の別の一例を示す光ピックアップヘッド装置を構成する回折格子６４を模式的に示した正面図、図８Ｂはその側面断面図である。実施の形態３に示す光ピックアップヘッド装置における回折格子６３の代わりに回折格子６４を用いることで光ピックアップヘッド装置を構成することができる。

回折格子６４は、３つのパターン領域６４ａ〜６４ｃを有する。パターン領域６４ａには周期Ｐｔでデューティが１：１の格子パターンが形成され、パターン領域６４ｂと６４ｃには格子パターンが形成されていない。パターン領域６４ｂと６４ｃに入射したビーム７０は、全て０次回折光として透過する。パターン領域６４ａに形成された格子パターンの深さをｄ１、パターン領域６４ｂと６４ｃの深さ（パターン領域６４ａの頂面からの距離）をｄ２としたとき、ｄ２＝ｄ１／２としている。深さｄ２は、回折格子６４の各パターン領域６４ａ〜６４ｃにおける０次回折光が、各パターン領域６４ａ〜６４ｃから相互に等しい位相変化を受けるように設定する。その結果、回折格子６４から生成される０次回折光は、情報記録面４１ｂ上で回折限界の大きさにまで集光されるようになる。パターン領域６４ａのＹ方向の大きさを、対物レンズ５６の開口数の１／ａに相当する大きさにすることで、情報記録面４１ｂ上で集光される回折格子６４で生成される１次回折光のＹ方向の大きさは回折限界のａ倍とすることができる。ａは、１次回折光の必要な強度に応じて任意に設定することができるので、１次回折光の強度を従来の光ピックアップヘッド装置よりも十分大きくすることが可能となり、より迷光の影響を受けにくい光ピックアップヘッド装置となる。

また、回折格子６４のパターン領域６４ａは、対物レンズ５６の開口よりも小さいので、情報記録面４１ｂに集光されるサブビームのパワーを回折格子６１〜６３を用いた場合と同じだけ確保する場合、パターン領域６４ａの１次回折光の回折効率は、回折格子６１〜６３の１次回折光の回折効率よりも高める必要がある。このとき、０次回折光のパターン領域６４ａを透過した部分の光量は、パターン領域６４ｂ及び６４ｃを透過した部分よりも低下するので、情報記録面４１ｂに集光される０次回折光は超解像スポットとなり、集光された０次回折光のトラックと平行な方向（Ｙ方向）の大きさは、回折限界の大きさよりも小さくなる。その結果、光記憶媒体４１に記録された情報を再生する際の高域の応答特性が良くなり、ノイズが混入しても誤りが生じにくく、信頼性の高い情報が再生可能な光ピックアップヘッド装置となる。

なお、本実施の形態の光ピックアップヘッド装置では、パターン領域６４ｂと６４ｃには格子パターンを形成しなかったが、パターン領域６４ｂと６４ｃにそれぞれパターン領域６４ａとは異なる周期の格子パターンを形成しても、安定にトラッキング制御が可能なトラッキング誤差信号を得ることができる光ピックアップヘッド装置となる。

（実施の形態５）
図９は、以上に述べてきた光ピックアップヘッド装置を用いて構成した情報記録再生装置の一例である。情報記録再生装置は、光ピックアップヘッド装置８０、光記憶媒体駆動部８１、光ピックアップヘッド装置駆動部８２、電気回路部８３及び電源部８４からなる。光記憶媒体駆動部８１は光記憶媒体４１を回転させる。光ピックアップヘッド装置駆動部８２は、送りモータ８５及び送りネジ８６とを含み、いわゆるトラバースメカニズムを構成する。送りモータ８５を駆動することによりその回転軸に直結された送りネジ８６が回転し、光ピックアップヘッド装置８０が光記憶媒体４１の半径方向の所望する位置に移動される。光ピックアップヘッド装置８０は、光ピックアップヘッド装置８０と記憶媒体４１との位置関係に対応する信号を電気回路部８３へ送る。電気回路部８３はこの信号を増幅または演算して、光ピックアップヘッド装置８０または光ピックアップヘッド装置内の対物レンズを微動させる。また、光ピックアップヘッド装置８０は、光記憶媒体４１に記録された情報を読み出した信号を電気回路部８３へ送る。更に電気回路部８３は、光記憶媒体４１に記録された情報の復調を行う。アクチュエータ９１、９２は光ピックアップヘッド装置内の対物レンズ５６を駆動する。前記信号と光ピックアップヘッド装置の駆動部８２もしくはアクチュエータ９１、９２によって、光記憶媒体４１に対してフォーカスサーボとトラッキングサーボが行われ、情報の読み出しもしくは書き込みまたは消去が行われる。電源部８４からは、電気回路部８３、光ピックアップヘッド装置駆動部８２、光記憶媒体駆動部８１の各部へ動作に必要な電気が供給される。

本実施の形態の情報記録再生装置は、対物レンズ５６をトラッキング追従させたときや光記憶媒体４１にチルトが生じたときにトラッキング誤差信号に生じるオフセットの変動が小さく、安定にトラッキング制御をかけることが可能な光ピックアップヘッド装置を用いているので、情報を忠実に記録再生可能な情報記録再生装置となる。

なお、上記の実施の形態１〜５に示した光ピックアップヘッド装置は、一つの光源から出射されたビームを回折格子に入射させることにより複数のビームを生成する構成を備えているが、本発明はこれに限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、回折格子を用いずに、複数の半導体レーザを同一の半導体基板上に形成することにより複数のビームを生成してもよい。この場合には、上記の実施の形態の１次回折光に相当するビーム（サブビーム）を出射する半導体レーザの横モードをマルチ化することで、トラックと平行な方向にビームを広げればよい。サブビームをトラック方向に広げることにより、上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の光ピックアップヘッド装置の構成の概略を示す図 図２Ａは本発明の実施の形態１の光ピックアップヘッド装置を構成する回折格子の構成を示す正面図、図２Ｂはその側面断面図 本発明の実施の形態１の光ピックアップヘッド装置における情報記録面とビームの関係を示す図 本発明の実施の形態１の光ピックアップヘッド装置におけるトラックとビームの関係を示す図 図５Ａは本発明の実施の形態２の光ピックアップヘッド装置を構成する回折格子の構成を示す正面図、図５Ｂはその側面断面図 本発明の実施の形態２の光ピックアップヘッド装置におけるトラックとビームの関係を示す図 図７Ａは本発明の実施の形態３の光ピックアップヘッド装置を構成する回折格子の構成を示す正面図、図７Ｂはその側面断面図 図８Ａは本発明の実施の形態４の光ピックアップヘッド装置を構成する回折格子の構成を示す正面図、図８Ｂはその側面断面図 本発明の実施の形態５の情報記録再生装置の構成の概略を示す図 従来の光ピックアップヘッド装置の構成の概略を示す図 図１１Ａは従来の光ピックアップヘッド装置を構成する回折格子の構成を示す正面図、図１１Ｂはその側面断面図 従来の光ピックアップヘッド装置におけるトラックとビームの関係を示す図

符号の説明

１ 半導体レーザ光源
３１ 光検出器
３１ａ〜３１ｈ 受光部
４１ 光記憶媒体
４１ａ 基板
４１ｂ 情報記録面
５２ 偏光ビームスプリッタ
５３ コリメートレンズ
５４ 波長板
５５ アパーチャ
５６ 対物レンズ
５７ シリンドリカルレンズ
６１〜６４ 回折格子
６１ｄ 空間周波数軸
６２ａ〜６２ｂ，６３ａ〜６３ｂ，６４ａ〜６４ｃ パターン領域
６２ｃ，６３ｃ 分割線
６３ｄ パターン
７０，７０ａ〜７０ｃ，７１ａ〜７１ｃ ビーム
８０ 光ピックアップヘッド装置
８１ 光記憶媒体駆動部
８２ 光ピックアップヘッド装置駆動部
８３ 電気回路部
８４ 電源部
９１，９２ アクチュエータ

Claims (3)

1. 光ビームを出射する光源と、
   前記光源から出射された前記ビームを受けて０次及び１次以上の複数の回折光を生成する回折手段と、
   前記回折手段からの複数のビームを受けて光記憶媒体上に集光する収束手段と、
   前記光記憶媒体で反射された前記複数のビームを受けてこれを分岐するビーム分岐手段と、
   前記ビーム分岐手段で分岐された前記複数のビームを受け、その受けた光量に応じた信号を出力する光検出手段とを具備し、
   前記回折手段は、第１の領域を中央部に形成し、前記第１の領域の両側に第２の領域と第３の領域とを形成し、
   前記第１の領域の両側に設けられた前記第２の領域と前記第３の領域の格子パターンは、前記第１の領域に設けられた格子パターンとは異なり、
   前記第２の領域と前記第３の領域の前記格子パターンの方向と周期が同じで、かつ、位相が相互に１８０度反転していて、
   前記光検出器は前記０次の回折光を受光してフォーカス誤差信号検出用の信号を出力する複数の受光領域から成る第１の一組の受光領域と、
   前記第１の一組の受光領域の両側に、複数の受光領域から成る第２の一組の受光領域と複数の受光領域から成る第３の一組の受光領域と、を具備し、
   前記第１から第３の領域から回折する＋１次回折光を前記第２の一組の受光領域の分割線をまたいで受光し、
   前記第１から第３の領域から回折する−１次回折光を前記第３の一組の受光領域の分割線をまたいで受光し、
   前記第２の一組の受光領域と前記第３の一組の受光領域の出力を用いてトラッキングエラー信号を生成することを特徴とする光ピックアップヘッド装置。
2. 前記第１の領域に形成された格子の深さが、前記第２の領域と前記第３の領域に形成された格子の深さとそれぞれ等しいことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップヘッド装置。
3. 請求項１または２に記載の光ピックアップヘッド装置と、情報記録媒体と光ピックアップヘッド装置との相対的な位置を変化させる駆動部と、前記光ピックアップヘッド装置から出力される信号を受けて演算を行い所望の情報を得る電気信号処理部とを備えることを特徴とする情報記録再生装置。

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