JP4701251B2 - 光ディスク装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ光源を用いて、光ディスクに情報を光学的に記録し、あるいは光ディスクに記録された情報を光学的に再生する光ディスク装置に関する。
従来、この種の光ディスク装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。以下、かかる従来の光ディスク装置について、図７〜図１０を参照しながら説明する。
図７（ａ）は、従来技術における光ディスク装置を示す側面図、図７（ｂ）は、当該光ディスク装置の光源部分を示す平面図、図８は、当該光ディスク装置に用いられるホログラムに形成されたホログラムパターンを示す図、図９は、当該光ディスク装置に用いられる光検出器に形成された光検出パターンと、光源の第１の発光点から出射された第１のレーザ光に対する戻り光の当該光検出器上での光分布の様子とを示す図、図１０は、当該光ディスク装置に用いられる光検出器に形成された光検出パターンと、光源の第２の発光点から出射された第２のレーザ光に対する戻り光の当該光検出器上での光分布の様子とを示す図である。尚、図８〜図１０には、光ディスク側から見たホログラム面、光検出面が示されている。
図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、従来技術における光ディスク装置は、半導体レーザ等からなる光源１と、光源１から出射された光を平行光に変換するコリメートレンズ４と、直線偏光を円偏光（又は楕円偏光）に、円偏光（又は楕円偏光）を直線偏光に変換する１／４波長板３と、前記平行光を光ディスク上に集光する対物レンズ５と、光ディスクで反射した光（戻り光）を回折するホログラムと、ホログラムによって回折された戻り光が分散して集光する光検出器とを備えている。
光源１は、光検出基板１２上に取り付けられ、波長λ1 の第１のレーザ光を出射する第１の発光点１ａと、波長λ2 （但し、λ2 ＞λ1 ）の第２のレーザ光を出射する第２の発光点１ａ’とを有している。尚、光検出基板１２上には、光源１に近接して、光源１の発光点１ａ、１ａ’から出射されたレーザ光を反射してその光路を折り曲げる反射ミラー１０が取り付けられている。
ホログラムは、偏光性ホログラム基板１３と、偏光性ホログラム基板１３上に形成されたホログラム面１３ａとを備えている。１／４波長板３は、ホログラム面１３ａが形成された偏光性ホログラム基板１３上に設けられ、対物レンズ５と一体で移動するように構成されている。図８に示すように、ホログラム面１３ａは、第１のレーザ光に関する光軸７とホログラム面１３ａとの交点１００で直交する２直線（ｘ軸、ｙ軸）により、第１象限、第２象限、第３象限、第４象限の４つの領域に４分割され、さらにそれぞれの象限がｘ軸に沿った短冊状の領域９１Ｂ、９１Ｆ；９２Ｂ、９２Ｆ；９３Ｂ、９３Ｆ；９４Ｂ、９４Ｆに分割されている（ホログラムパターン）。
光検出器は、光検出基板１２と、光検出基板１２上に形成された光検出面１２ａとを備えている。光検出面１２ａは、コリメートレンズ４の焦平面位置（すなわち、図７（ｂ）に示した第１の発光点１ａの仮想発光点位置）にほぼ位置している。図９、図１０に示すように、光検出面１２ａ上には、光軸７と光検出面１２ａとの交点９０で直交し、ｘ軸、ｙ軸に平行な２直線をＸ軸、Ｙ軸として、Ｙ軸の＋側にＹ軸に沿った櫛歯状のフォーカス検出セルＦ１ａ、Ｆ２ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ２ｂ、Ｆ１ｃ、Ｆ２ｃ、Ｆ１ｄ、Ｆ２ｄ、Ｆ１ｅ、Ｆ２ｅが配置され、Ｙ軸の−側に台形状のトラッキング検出セル７Ｔ１、７Ｔ２、７Ｔ３、７Ｔ４が配置されている（光検出パターン）。これらの検出セルは、Ｙ軸に対して対称に配置されている。尚、光源１の第１の発光点１ａから出射された光は、Ｘ軸を含み、紙面に垂直な面内をＸ軸と平行に進み、反射ミラー１０によって光軸７の方向（点９０を通り紙面に直交する方向）に反射する。
図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、光源１の第１の発光点１ａから出射された第１のレーザ光（波長λ1 ）は、反射ミラー１０で反射し、コリメートレンズ４によって集光されて平行光となる。この平行光は、ホログラムを透過し、１／４波長板３によって直線偏光（Ｓ波又はＰ波）から円偏光に変換された後、対物レンズ５によって集光されて、第１の光ディスク６の信号面６ａ上に光スポットを結ぶ。第１の光ディスク６の信号面６ａで反射した光は、対物レンズ５を透過し、１／４波長板３によって直線偏光（Ｐ波又はＳ波）に変換された後、ホログラム面１３ａに入射する。ホログラム面１３ａに入射した前記直線偏光は、当該ホログラム面１３ａによって回折されて、光軸７を対称軸とする１次回折光１４及び−１次回折光１４’に分岐される。そして、各回折光は、コリメートレンズ４を経て収束性の光となり、光検出基板１２上の光検出面１２ａに入射する。尚、ホログラム面１３ａによる戻り光の回折効率は、例えば、０次光が０％程度、±１次光がそれぞれ４１％程度である。
また、光源１の第２の発光点１ａ’から出射された第２のレーザ光（波長λ2 ；但し、λ2 ＞λ1 ）は、反射ミラー１０で反射し、コリメートレンズ４によって集光されて平行光となる。この平行光は、ホログラムを透過し（一部は回折する）、１／４波長板３によって直線偏光（Ｓ波又はＰ波）から楕円偏光に変換された後、対物レンズ５によって集光されて、第２の光ディスク６’の信号面６ａ’上に光スポットを結ぶ。第２の光ディスク６’の信号面６ａ’で反射した光は、対物レンズ５を透過し、１／４波長板３によって直線偏光（Ｐ波又はＳ波）に変換された後、ホログラム面１３ａに入射する。ホログラム面１３ａに入射した前記直線偏光は、当該ホログラム面１３ａによって回折されて、光軸７’を対称軸とする１次回折光１５及び−１次回折光１５’に分岐される。そして、各回折光は、コリメートレンズ４を経て収束性の光となり、光検出基板１２上の光検出面１２ａに入射する。
光源１の第１の発光点１ａから出射され、第１の光ディスク６の信号面６ａで反射した光は、ホログラム面１３ａに入射する。図９に示すように、ホログラム面１３ａの第１象限における短冊状領域９１Ｂ、９１Ｆで回折された１次回折光８１Ｂ、８１Ｆは、検出セルＦ２ａ、Ｆ１ｂを跨る光スポット８１ＢＳ、８１ＦＳに、−１次回折光８１Ｂ’、８１Ｆ’は、検出セル７Ｔ１の内部に収まる光スポット８１ＢＳ’、８１ＦＳ’に、ホログラム面２ａの第２象限における短冊状領域９２Ｂ、９２Ｆで回折された１次回折光８２Ｂ、８２Ｆは、検出セルＦ１ｂ、Ｆ２ｂを跨る光スポット８２ＢＳ、８２ＦＳに、−１次回折光８２Ｂ’、８２Ｆ’は、検出セル７Ｔ２の内部に収まる光スポット８２ＢＳ’、８２ＦＳ’に、ホログラム面２ａの第３象限における短冊状領域９３Ｂ、９３Ｆで回折された１次回折光８３Ｂ、８３Ｆは、検出セルＦ１ｄ、Ｆ２ｄを跨る光スポット８３ＢＳ、８３ＦＳに、−１次回折光８３Ｂ’、８３Ｆ’は、検出セル７Ｔ３の内部に収まる光スポット８３ＢＳ’、８３ＦＳ’に、ホログラム面２ａの第４象限における短冊状領域９４Ｂ、９４Ｆで回折された１次回折光８４Ｂ、８４Ｆは、検出セルＦ２ｄ、Ｆ１ｅを跨る光スポット８４ＢＳ、８４ＦＳに、−１次回折光８４Ｂ’、８４Ｆ’は、検出セル７Ｔ４の内部に収まる光スポット８４ＢＳ’、８４ＦＳ’にそれぞれ集光する。
１次回折光８１Ｂ、８２Ｂ、８３Ｂ、８４Ｂは光検出面１２ａの奥（ホログラム面１３ａから遠ざかる側）で集光する光であるので、光検出面１２ａ上での光スポットの形状はホログラム面１３ａ上での光分布と相似であり、−１次回折光８１Ｂ’、８２Ｂ’、８３Ｂ’、８４Ｂ’は光検出面９ａの手前（ホログラム面２ａに近づく側）で集光する光であるので、光検出面１２ａ上での光スポットの形状はホログラム面１３ａ上での光分布を点１００に対して反転した形状と相似である。また、１次回折光８１Ｆ、８２Ｆ、８３Ｆ、８４Ｆは光検出面１２ａの手前で集光する光であるので、光検出面１２ａ上での光スポットの形状はホログラム面１３ａ上での光分布を点１００に対して反転した形状と相似であり、−１次回折光８１Ｆ’、８２Ｆ’、８３Ｆ’、８４Ｆ’は光検出面１２ａの奥で集光する光であるので、光検出面１２ａ上での光スポットの形状はホログラム面１３ａ上での光分布と相似である。
同様に、光源１の第２の発光点１ａ’から出射され、第２の光ディスク６’の信号面６ａ’で反射した光は、ホログラム面１３ａに入射する。図１０に示すように、ホログラム面１３ａの第１象限における短冊状領域９１Ｂ、９１Ｆで回折された１次回折光１０１Ｂ、１０１Ｆは、検出セルＦ２ａ、Ｆ１ｂを跨る光スポット９１ＢＳ、９１ＦＳに、−１次回折光１０１Ｂ’、１０１Ｆ’は、検出セル７Ｔ１の内部に収まる光スポット９１ＢＳ’、９１ＦＳ’に、ホログラム面１３ａの第２象限における短冊状領域９２Ｂ、９２Ｆで回折された１次回折光１０２Ｂ、１０２Ｆは、検出セルＦ１ｂ、Ｆ２ｂを跨る光スポット９２ＢＳ、９２ＦＳに、−１次回折光１０２Ｂ’、１０２Ｆ’は、検出セル７Ｔ２の内部に収まる光スポット９２ＢＳ’、９２ＦＳ’に、ホログラム面２ａの第３象限における短冊状領域９３Ｂ、９３Ｆで回折された１次回折光１０３Ｂ、１０３Ｆは、検出セルＦ１ｄ、Ｆ２ｄを跨る光スポット９３ＢＳ、９３ＦＳに、−１次回折光１０３Ｂ’、１０３Ｆ’は、検出セル７Ｔ３の内部に収まる光スポット９３ＢＳ’、９３ＦＳ’に、ホログラム面１３ａの第４象限における短冊状領域９４Ｂ、９４Ｆで回折された１次回折光１０４Ｂ、１０４Ｆは、検出セルＦ２ｄ、Ｆ１ｅを跨る光スポット９４ＢＳ、９４ＦＳに、−１次回折光１０４Ｂ’、１０４Ｆ’は、検出セル７Ｔ４の内部に収まる光スポット９４ＢＳ’、９４ＦＳ’にそれぞれ集光する。
１次回折光１０１Ｂ、１０２Ｂ、１０３Ｂ、１０４Ｂは光検出面９ａの奥（ホログラム面１３ａから遠ざかる側）で集光する光であるので、光検出面１２ａ上での光スポットの形状はホログラム面２ａ上での光分布と相似であり、−１次回折光１０１Ｂ’、１０２Ｂ’、１０３Ｂ’、１０４Ｂ’は光検出面１２ａの手前（ホログラム面１３ａに近づく側）で集光する光であるので、光検出面１２ａ上での光スポットの形状はホログラム面１３ａ上での光分布を点１００に対して反転した形状と相似である。また、１次回折光１０１Ｆ、１０２Ｆ、１０３Ｆ、１０４Ｆは光検出面１２ａの手前で集光する光であるので、光検出面１２ａ上での光スポットの形状はホログラム面１３ａ上での光分布を点１００に対して反転した形状と相似であり、−１次回折光１０１Ｆ’、１０２Ｆ’、１０３Ｆ’、１０４Ｆ’は光検出面１２ａの奥で集光する光であるので、光検出面１２ａ上での光スポットの形状はホログラム面１３ａ上での光分布と相似である。
尚、例えば、第１の光ディスク６はＤＶＤ、第２の光ディスク６’はＣＤである。
このとき、検出セルのいくつかは導通されており、結果として以下の６つの信号が得られるように構成されている。
Ｆ１＝検出セルＦ１ａで得られる信号＋検出セルＦ１ｂで得られる信号
＋検出セルＦ１ｃで得られる信号＋検出セルＦ１ｄで得られる信号
＋検出セルＦ１ｅで得られる信号
Ｆ２＝検出セルＦ２ａで得られる信号＋検出セルＦ２ｂで得られる信号
＋検出セルＦ２ｃで得られる信号＋検出セルＦ２ｄで得られる信号
＋検出セルＦ２ｅで得られる信号
Ｔ１＝検出セル７Ｔ１で得られる信号
Ｔ２＝検出セル７Ｔ２で得られる信号
Ｔ３＝検出セル７Ｔ３で得られる信号
Ｔ４＝検出セル７Ｔ４で得られる信号
図９、図１０におけるＹ軸を光ディスクの半径方向（ディスク径方向）として、光ディスクの信号面へのフォーカスエラー信号ＦＥ、光ディスクのトラックへのトラッキングエラー信号ＴＥ、光ディスクの信号面の再生信号ＲＦは、下記式（１）〜（３）に基づいて演算される。
ＦＥ＝Ｆ１−Ｆ２ 式（１）
ＴＥ＝Ｔ１＋Ｔ４−（Ｔ２＋Ｔ３） 式（２）
ＲＦ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４ 式（３）
図９において、第１のレーザ光の仮想発光点９０と、光スポット８２ＦＳ及び８２ＢＳの境目、光スポット８３ＦＳ及び８３ＢＳの境目、光スポット８２ＦＳ’及び８２ＢＳ’の境目、光スポット８３ＦＳ’及び８３ＢＳ’の境目との距離はそれぞれＤ１、第１のレーザ光の仮想発光点９０と、光スポット８１ＦＳ及び８１ＢＳの境目、光スポット８４ＦＳ及び８４ＢＳの境目、光スポット８１ＦＳ’及び８１ＢＳ’の境目、光スポット８４ＦＳ’及び８４ＢＳ’の境目との距離はそれぞれ（Ｄ1＋Ｄ１’）となっている。同様に、図１０において、第２のレーザ光の仮想発光点９０’と、光スポット９２ＦＳ及び９２ＢＳの境目、光スポット９３ＦＳ及び９３ＢＳの境目、光スポット９２ＦＳ’及び９２ＢＳ’の境目、光スポット９３ＦＳ’及び９３ＢＳ’の境目との距離はそれぞれＤ２、第２のレーザ光の仮想発光点９０’と、光スポット９１ＦＳ及び９１ＢＳの境目、光スポット９４ＦＳ及び９４ＢＳの境目、光スポット９１ＦＳ’及び９１ＢＳ’の境目、光スポット９４ＦＳ’及び９４ＢＳ’の境目との距離はそれぞれ（Ｄ２＋Ｄ２’）となっている。そして、レーザ光の仮想発光点である点９０及び点９０’からの距離は近似的に回折角に比例し、回折角は近似的に波長に比例するので、下記式（４）が成り立っている。
Ｄ２／Ｄ１＝Ｄ２’／Ｄ１’＝λ2 ／λ1 式（４）
ここで、従来の光検出パターンは、形状がＹ軸方向に延びているので、波長が異なっても、光スポット８１ＦＳ’及び８１ＢＳ’、光スポット９１ＦＳ’及び９１ＢＳ’は検出セル７Ｔ１に、光スポット８２ＦＳ’及び８２ＢＳ’、光スポット９２ＦＳ’及び９２ＢＳ’は検出セル７Ｔ２に、光スポット８３ＦＳ’及び８３ＢＳ’、光スポット９３ＦＳ’及び９３ＢＳ’は検出セル７Ｔ３に、光スポット８４ＦＳ’及び８４ＢＳ’、光スポット９４ＦＳ’及び９４ＢＳ’は検出セル７Ｔ４に入射し、いずれのレーザ光に対しても同様にしてトラッキングエラー信号ＴＥが得られる。一方、光スポット８１ＦＳ及び８１ＢＳ、８２ＦＳ及び８２ＢＳ、８３ＦＳ及び８３ＢＳ、８４ＦＳ及び８４ＢＳ、光スポット９１ＦＳ及び９１ＢＳ、９２ＦＳ及び９２ＢＳ、９３ＦＳ及び９３ＢＳ、９４ＦＳ及び９４ＢＳは、Ｘ軸方向の広がりが小さく、ほとんどＹ軸に沿った配置となっており、波長が異なっても、Ｙ軸に沿ってシフトするだけであるので、検出セルＦ１ａ、Ｆ２ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ２ｂ、Ｆ１ｃ、Ｆ２ｃ、Ｆ１ｄ、Ｆ２ｄ、Ｆ１ｅ、Ｆ２ｅからはどちらのレーザ光にも対応してフォーカスエラー信号ＦＥが得られる。
以上のように、従来の光検出パターンから、２つのレーザ光に対して所望のフォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥ、再生信号ＲＦがそれぞれ得られる。
特開２０００−１３２８４８号公報
しかし、第１の光ディスク６と第２の光ディスク６’の基材厚に誤差がある場合には、第１の光ディスク６の信号面６ａと第２の光ディスク６’の信号面６ａ’に結ばれる光スポットに球面収差が発生し、フォーカス制御される位置（フォーカスエラー信号ＦＥがゼロ（ＦＥ＝０）となる制御位置）での再生信号のジッターを小さくすることができないという課題があった。
この課題について、図１１を用いて説明する。図１１（ａ）、（ｂ）は、フォーカス制御されているときの対物レンズ５による光の収束状態を示しており、（ａ）は第１の光ディスク６と第２の光ディスク６’の基材厚に誤差がない場合、（ｂ）は第１の光ディスク６と第２の光ディスク６’の基材厚が正の（基準よりも厚い）誤差を有す場合である。また、図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）における縦収差ｄ（結像点の信号面６ａ、６ａ’からのずれ量）を、対物レンズ５への光の入射高ｒに対してプロットしたものである（曲線Ｌ１参照、ｒ２は対物レンズ５の開口半径）。図１１（ｃ）より、図１１（ｂ）での収束光は、入射高ｒ＝０〜ｒ１ではｄ＜０（信号面６ａ、６ａ’の手前に集光）、入射高ｒ＝ｒ１〜ｒ２ではｄ＞０（信号面６ａ、６ａ’の奥に集光）となる。図１１（ｂ）での集光の場合、信号面６ａ、６ａ’からの反射光の、対物レンズ５を透過した後の波面収差は、倍化して曲線Ｌ２となる。曲線Ｌ２は、全開口の領域（０≦ｒ≦ｒ２）においては、その平均的な歪みがほぼゼロ（平均が図１１（ｃ）の直線Ｌ０上にある）となっている。一般に、フォーカス制御は、対物レンズ５を透過した後の反射光の波面の平均が平面となる位置で安定するので、全開口の領域（０≦ｒ≦ｒ２）の光でフォーカス制御を行なうと、信号面６ａ、６ａ’の位置でＦＥ＝０となる。
一方、球面収差が存在する場合、信号再生時のジッターを最小とするフォーカス制御位置（ジッターベスト点）は、信号面６ａ、６ａ’上の光スポットを最小（すなわち、収束光の波面収差を最小）とする位置とは一致しない。実験によれば、光ディスクの基材厚が正の誤差を有すると（球面収差がマイナスになると）、信号再生時のジッターを最小とするフォーカス制御位置は、対物レンズが光ディスクの信号面に近づく側（ニア側）にシフトすることが知られている。従って、全開口の領域（０≦ｒ≦ｒ２）の光では、信号面６ａ、６ａ’に制御がかかるので、ジッターベスト点での制御とならず、フォーカス制御点での再生信号のジッターが小さくならないという課題があった。
さらに、ここで、光ディスクのトラックに対するオフトラック量をΔ、対物レンズ５及び偏光性ホログラム基板１３のディスク径方向（ｙ軸方向）に沿った偏心をδとすると、上記式（２）によるトラッキングエラー信号ＴＥは、適切な係数ａ、ｂを用いて下記式（５）によって関係づけられる。
ＴＥ＝ａΔ＋ｂδ 式（５）
対物レンズ５及びこれと一体で移動する偏光性ホログラム基板１３のディスク径方向に沿った偏心（この偏心は、トラッキング制御時には必ず発生する）に伴い、オフセットが発生することになる。トラッキングエラー信号ＴＥがδの関数となる理由は、第１の発光点１ａあるいは第２の発光点１ａ’から出射する光が近軸で強く、光軸から離れるにしたがって弱くなるような不均一な強度分布を示すことに起因し、対物レンズ５及び偏光性ホログラム基板１３のディスク径方向に沿った偏心により、ホログラム面１３ａ上の戻り光８０（図８参照）の強度分布がｘ軸に対して非対称となるからである。
一般に、トラッキング制御は、トラッキングエラー信号ＴＥがゼロ（ＴＥ＝０）となるように行なわれるので、上記式（５）より、下記式（６）で表わされるオフトラックが発生する。
Δ＝−ｂδ／ａ 式（６）
このため、トラック飛びや再生信号の劣化、記録時における隣接トラック信号の劣化等が発生するという課題があった。
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、光ディスクの基材厚に誤差がある場合においても、フォーカス制御点と再生信号のジッターが最小となる点との差異を低減して、フォーカス制御点での再生信号のジッターを小さくすることができると共に、対物レンズ及び偏光性ホログラム基板のディスク径方向に沿った偏心があっても、トラッキング制御時にオフトラックが発生しない光ディスク装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置の構成は、第１及び第２の光源と、対物レンズと、光分岐手段と、光検出器とを備え、前記第１及び第２の光源から出射された光が、前記対物レンズを経由して、それぞれ第１及び第２の光ディスクの信号面上のトラックに集光され、前記信号面上のトラックで反射しかつ回折された光が、前記対物レンズを経由して前記光分岐手段に入射し、前記光分岐手段から出射された光が、前記光検出器に集光される光ディスク装置であって、前記光分岐手段は、前記第１の光ディスクからの０次回折光のみが入射する領域Ａ’と、前記第２の光ディスクからの０次回折光と±１次回折光とが重なる領域の外にある領域Ａ’’と、それ以外の領域Ａとに分割され、前記光検出器は、前記光分岐手段の前記領域Ａ’から出射された光を検出する検出領域Ｂ’と、前記光分岐手段の前記領域Ａ’’から出射された光を検出する検出領域Ｂ’’と、前記光分岐手段の前記領域Ａから出射された光を検出する検出領域Ｂとに区分けされ、前記検出領域Ｂからの検出信号によってそれぞれの光ディスクのフォーカスエラー信号が生成され、前記検出領域Ｂ、又は、前記検出領域Ｂ及びＢ’、又は、前記検出領域Ｂ、Ｂ’及びＢ’’のいずれかからの検出信号によってそれぞれの光ディスクのトラッキングエラー信号が生成され、前記検出領域Ｂ’からの検出信号によって前記第１の光ディスクの前記トラッキングエラー信号が補正され、前記検出領域Ｂ’’、又は、前記検出領域Ｂ’及びＢ’’のいずれかからの検出信号によって前記第２の光ディスクの前記トラッキングエラー信号が補正され、前記フォーカスエラー信号に基づき、前記第１の光ディスクの基材厚が正の（基準よりも厚い）誤差を有する場合には、前記対物レンズが前記第１の光ディスクの前記信号面に近づき、前記第１の光ディスクの基材厚が負の（基準よりも薄い）誤差を有する場合には、前記対物レンズが前記第１の光ディスクの前記信号面から遠ざかるように、前記第１の光ディスクのフォーカス制御が行なわれ、前記フォーカスエラー信号に基づき、前記第２の光ディスクの基材厚が正の（基準よりも厚い）誤差を有する場合には、前記対物レンズが前記第２の光ディスクの前記信号面に近づき、前記第２の光ディスクの基材厚が負の（基準よりも薄い）誤差を有する場合には、前記対物レンズが前記第２の光ディスクの前記信号面から遠ざかるように、前記第２の光ディスクのフォーカス制御が行なわれることを特徴とする。
この光ディスク装置の構成によれば、二種類の光ディスクに対応しながら、光ディスクの基材厚に誤差がある場合においても、フォーカス制御点と再生信号のジッターが最小となる点との差異を低減して、フォーカス制御点での再生信号のジッターを小さくすることができると共に、対物レンズ及び偏光性ホログラム基板のディスク径方向に沿った偏心があっても、トラッキング制御時にオフトラックが発生しない光ディスク装置を提供することができる。
前記本発明の光ディスク装置の構成においては、前記光分岐手段は、光軸と交差する２直線（光ディスクの半径方向に平行なｙ軸とこれに直交するｘ軸）によって４つの象限ｋ（但し、反時計回りにｋ＝１、２、３、４）に分割され、前記象限ｋは、さらに、前記第１の光ディスクからの０次回折光のみが入射する領域Ａｋ’と、前記第２の光ディスクからの０次回折光と±１次回折光とが重なる領域の外にある領域Ａｋ’’と、それ以外の領域Ａｋとに分割され、前記光分岐手段の前記領域Ａｋ、Ａｋ’、Ａｋ’’から出射された光は、前記検出領域Ｂ、Ｂ’、Ｂ’’上の検出セルＢｋ、Ｂｋ’、Ｂｋ’’によってそれぞれ検出されて、検出信号Ｃｋ、Ｃｋ’、Ｃｋ’’として出力され、前記第１の光ディスクに対するトラッキングエラー信号ＴＥが、αを定数として、下記（数１）〜（数３）の演算式によって生成されるのが好ましい。
ＴＥ１＝（Ｃ２’＋Ｃ３’）−（Ｃ１’＋Ｃ４’） （数１）
ＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ３）−（Ｃ１＋Ｃ４）又はＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ２’＋Ｃ３＋Ｃ３’）−（Ｃ１＋Ｃ１’＋Ｃ３＋Ｃ３’）又はＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ２’＋Ｃ２’’＋Ｃ３＋Ｃ３’＋Ｃ３’’）−（Ｃ１＋Ｃ１’＋Ｃ１’’＋Ｃ４＋Ｃ４’＋Ｃ４’’） （数２）
ＴＥ＝ＴＥ２−α×ＴＥ１ （数３）
また、前記本発明の光ディスク装置の構成においては、前記光分岐手段は、光軸と交差する２直線（光ディスクの半径方向に平行なｙ軸とこれに直交するｘ軸）によって４つの象限ｋ（但し、反時計回りにｋ＝１、２、３、４）に分割され、前記象限ｋは、さらに、前記第１の光ディスクからの０次回折光のみが入射する領域Ａｋ’と、前記第２の光ディスクからの０次回折光と±１次回折光とが重なる領域の外にある領域Ａｋ’’と、それ以外の領域Ａｋとに分割され、前記光分岐手段の前記領域Ａｋ、Ａｋ’、Ａｋ’’から出射された光は、前記検出領域Ｂ、Ｂ’、Ｂ’’上の検出セルＢｋ、Ｂｋ’、Ｂｋ’’によってそれぞれ検出されて、検出信号Ｃｋ、Ｃｋ’、Ｃｋ’’として出力され、前記第２の光ディスクに対するトラッキングエラー信号ＴＥが、αを定数として、下記（数４）〜（数６）の演算式によって生成されるのが好ましい。
ＴＥ１＝（Ｃ２’＋Ｃ３’）−（Ｃ１’＋Ｃ４’）又はＴＥ１＝（Ｃ２’＋Ｃ２’’＋Ｃ３’＋Ｃ３’’）−（Ｃ１’＋Ｃ１’’＋Ｃ４’＋Ｃ４’’） （数４）
ＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ３）−（Ｃ１＋Ｃ）又はＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ２’＋Ｃ３＋Ｃ３’）−（Ｃ１＋Ｃ１’＋Ｃ４＋Ｃ４’）又はＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ２’＋Ｃ２’’＋Ｃ３＋Ｃ３’＋Ｃ３’’）−（Ｃ１＋Ｃ１’＋Ｃ１’’＋Ｃ４＋Ｃ４’＋Ｃ４’’） （数５）
ＴＥ＝ＴＥ２−α×ＴＥ１ （数６）
また、前記本発明の光ディスク装置の構成においては、前記第１及び第２の光源と前記光検出器とが同一の基板上に搭載されているのが好ましい。この好ましい例によれば、部品点数、調整箇所の少ない簡素な構成で、安定したトラッキング制御を行なうことが可能となる。
本発明によれば、光ディスクの基材厚に誤差がある場合においても、フォーカス制御点での再生信号のジッターを小さくすることができる。また、対物レンズ及び偏光性ホログラム基板のディスク径方向に沿った偏心があっても、トラッキング制御時にオフトラックが発生しない。その結果、安定したトラッキング制御を行なうことが可能となり、光ディスク装置の記録再生性能が向上する。
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施の形態における光ディスク装置を示す側面図、図１（ｂ）は、当該光ディスク装置の光源部分を示す平面図、図２は、当該光ディスク装置に用いられるホログラムに形成されたホログラムパターンを示す図、図３は、当該光ディスク装置に用いられる光検出器に形成された光検出パターンと、光源の第１の発光点から出射された第１のレーザ光に対する戻り光の当該光検出器上での光分布の様子とを示す図、図４は、当該光ディスク装置に用いられる光検出器に形成された光検出パターンと、光源の第２の発光点から出射された第２のレーザ光に対する戻り光の当該光検出器上での光分布の様子とを示す図である。ここで、図２〜図４には、光ディスク側から見たホログラム面、光検出面が示されている。尚、従来技術における光ディスク装置と共通の構成部材については、同一の参照符号を付して説明する。
図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、本実施の形態における光ディスク装置は、半導体レーザ等からなる光源１と、光源１から出射された光を平行光に変換するコリメートレンズ４と、直線偏光を円偏光（又は楕円偏光）に、円偏光（又は楕円偏光）を直線偏光に変換する１／４波長板３と、前記平行光を光ディスクの信号面上のトラックに集光する対物レンズ５と、光ディスク（第１の光ディスク６、第２の光ディスク６’）で反射した光（戻り光）を回折するホログラムと、ホログラムによって回折された戻り光が分散して集光する光検出器とを備えている。
光源１は、光検出基板９上に取り付けられ、波長λ1 の第１のレーザ光を出射する第１の発光点１ａと、波長λ2 （但し、λ2 ＞λ1 ）の第２のレーザ光を出射する第２の発光点１ａ’とを有している。尚、光検出基板９上には、光源１に近接して、光源１の発光点１ａ、１ａ’から出射されたレーザ光を反射してその光路を折り曲げる反射ミラー１０が取り付けられている。
ホログラムは、偏光性ホログラム基板２と、偏光性ホログラム基板２上に形成された、光分岐手段としてのホログラム面２ａとを備えている。１／４波長板３は、ホログラム面２ａが形成された偏光性ホログラム基板２上に設けられ、対物レンズ５と一体で移動するように構成されている。図２に示すように、ホログラム面２ａは、第１のレーザ光に関する光軸７とホログラム面２ａとの交点２０で直交する２直線（ｘ軸、ｙ軸）により、第１象限、第２象限、第３象限、第４象限の４つの領域に４分割され、さらにそれぞれの象限が領域２１ａ、２１ｂ、２１ｃ；２２ａ、２２ｂ、２２ｃ；２３ａ、２３ｂ、２３ｃ；２４ａ、２４ｂ、２４ｃに分割されている（ホログラムパターン）。
ここで、領域２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａは、第１の光ディスク６の信号面６ａにおけるトラックの形状によって反射し回折されない０次回折光のみが入射する領域、領域２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂは、第１の光ディスク６からの０次回折光を含まず、第２の光ディスク６’の信号面６ａ’におけるトラックの形状によって反射し回折される１次回折光と０次回折光とが重なる領域の外にある領域である。また、領域２１ｃ、２２ｃ、２３ｃ、２４ｃは、第１の光ディスク６からの０次回折光と１次回折光とが重なる領域である。
光検出器は、光検出基板９と、光検出基板９上に形成された光検出面９ａとを備えている。光検出面９ａは、コリメートレンズ４の焦平面位置（すなわち、図１（ｂ）に示した第１の発光点１ａの仮想発光点位置）にほぼ位置している。図３、図４に示すように、光検出面９ａ上には、光軸７と光検出面９ａとの交点９０で直交し、ｘ軸、ｙ軸に平行な２直線をＸ軸、Ｙ軸として、Ｙ軸の＋側にＹ軸に沿ったフォーカス検出セルＦ１ａ、Ｆ２ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ２ｂ、Ｆ１ｃ、Ｆ２ｃ、Ｆ１ｄ、Ｆ２ｄが配置され、フォーカス検出セルの点９０側に隣接して方形状のオフトラック補正検出セルＳ１ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ１ｄ、Ｓ１ｅ、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃ、Ｓ２ｄ、Ｓ２ｅが配置され、さらにフォーカス検出セルを挟んでオフトラック補正検出セルＳ１ａ、Ｓ２ａが配置されている（光検出パターン）。一方、Ｙ軸の−側には、方形状のトラッキング検出セル３Ｔ１、３Ｔ２、３Ｔ３、３Ｔ４が配置されている（光検出パターン）。これらの検出セルは、Ｙ軸に対して対称に配置されている。尚、光源１の第１の発光点１ａから出射された光は、Ｘ軸を含み、紙面に垂直な面内をＸ軸と平行に進み、反射ミラー１０によって光軸７の方向（点９０を通り紙面に直交する方向）に反射する。
図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、光源１の第１の発光点１ａから出射された第１のレーザ光（波長λ1 ）は、反射ミラー１０で反射し、コリメートレンズ４によって集光されて平行光となる。この平行光は、ホログラムを透過し、１／４波長板３によって直線偏光（Ｓ波又はＰ波）から円偏光に変換された後、対物レンズ５によって集光されて、第１の光ディスク６の信号面６ａ上に光スポットを結ぶ。第１の光ディスク６の信号面６ａで反射した光は、対物レンズ５を透過し、１／４波長板３によって直線偏光（Ｐ波又はＳ波）に変換された後、ホログラム面２ａに入射する。ホログラム面２ａに入射した前記直線偏光は、当該ホログラム面２ａによって回折されて、光軸７を対称軸とする１次回折光８及び−１次回折光８’に分岐される。そして、各回折光は、コリメートレンズ４を経て収束性の光となり、光検出基板９上の光検出面９ａに入射する。尚、ホログラム面２ａによる戻り光の回折効率は、例えば、０次光が０％程度、±１次光がそれぞれ４１％程度である。
また、光源１の第２の発光点１ａ’から出射された第２のレーザ光（波長λ2 ；但し、λ2 ＞λ1 ）は、反射ミラー１０で反射し、コリメートレンズ４によって集光されて平行光となる。この平行光は、ホログラムを透過し（一部は回折する）、１／４波長板３によって直線偏光（Ｓ波又はＰ波）から楕円偏光に変換された後、対物レンズ５によって集光されて、第２の光ディスク６’の信号面６ａ’上に光スポットを結ぶ。第２の光ディスク６’の信号面６ａ’で反射した光は、対物レンズ５を透過し、１／４波長板３によって直線偏光（Ｐ波又はＳ波）に変換された後、ホログラム面２ａに入射する。ホログラム面２ａに入射した前記直線偏光は、当該ホログラム面２ａによって回折されて、光軸７’を対称軸とする１次回折光１１及び−１次回折光１１’に分岐される。そして、各回折光は、コリメートレンズ４を経て収束性の光となり、光検出基板９上の光検出面９ａに入射する。
図３に示すように、第１のレーザ光に対応する第１の光ディスク６の信号面６ａで反射し、ホログラム面２ａに入射した光のうち、ホログラム面２ａの第１象限における領域２１ａ、２１ｂ及び２１ｃで回折された１次回折光２１ａ’、２１ｂ’及び２１ｃ’は、それぞれ検出セルＳ１ｂ、Ｓ２ｅ及びＳ１ｃ上の光スポット３１ａＢ、３１ｂＢ及び３１ｃＢとして集光し、ホログラム面２ａの第１象限における領域２１ａ、２１ｂ及び２１ｃで回折された−１次回折光２１ａ’’、２１ｂ’’及び２１ｃ’’は、それぞれ検出セル３Ｔ１上の光スポット３１ａＦ、３１ｂＦ及び３１ｃＦとして集光する。ホログラム面２ａの第２象限における領域２２ａ、２２ｂ及び２２ｃで回折された１次回折光２２ａ’、２２ｂ’及び２２ｃ’は、それぞれ検出セルＳ２ｂ、Ｓ１ｅ及びＳ２ｃ上の光スポット３２ａＢ、３２ｂＢ及び３２ｃＢとして集光し、ホログラム面２ａの第２象限における領域２２ａ、２２ｂ及び２２ｃで回折された−１次回折光２２ａ’’、２２ｂ’’及び２２ｃ’’は、それぞれ検出セル３Ｔ２上の光スポット３２ａＦ、３２ｂＦ及び３２ｃＦとして集光する。また、ホログラム面２ａの第３象限における領域２３ａで回折された１次回折光２３ａ’は、いずれの検出セル上でもない位置に光ポット３３ａＢを結ぶ。一方、ホログラム面２ａの第３象限における領域２３ｂ及び２３ｃで回折された１次回折光２３ｂ’及び２３ｃ’は、領域２３ｂ及び２３ｃの隣接状態と同様の隣接状態で、検出セルＦ２ａ及びＦ１ｂを跨る光スポット３３ｃＢ及び３３ｂＢとして集光し、ホログラム面２ａの第３象限における領域２３ａ、２３ｂ及び２３ｃで回折された−１次回折光２３ａ’’、２３ｂ’’及び２３ｃ’’は、それぞれ検出セル３Ｔ３上の光スポット３３ａＦ、３３ｂＦ及び３３ｃＦとして集光する。尚、光スポット３３ｂＦ及び３３ｃＦは、領域２３ｃ及び２３ｂの隣接状態と同様の隣接状態で集光する。さらに、ホログラム面２ａの第４象限における領域２４ａで回折された１次回折光２４ａ’は、いずれの検出セル上でもない位置に光スポット３４ａＢを結ぶ。一方、ホログラム面２ａの第４象限における領域２４ｂ及び２４ｃで回折された１次回折光２４ｂ’及び２４ｃ’は、領域２４ｂ及び２４ｃの隣接状態と同様の隣接状態で、検出セルＦ２ｃ及びＦ１ｄを跨る光スポット３４ｂＢ及び３４ｃＢとして集光し、ホログラム面２ａの第４象限における領域２４ａ、２４ｂ及び２４ｃで回折された−１次回折光２４ａ’’、２４ｂ’’及び２４ｃ’’は、それぞれ検出セル３Ｔ４上の光スポット３４ａＦ、３４ｂＦ及び３４ｃＦとして集光する。尚、光スポット３４ｂＦ及び３４ｃＦは、領域２４ｂ及び２４ｃの隣接状態と同様の隣接状態で集光する。
また、図４に示すように、第２のレーザ光に対応する第２の光ディスク６’の信号面６ａ’で反射し、ホログラム面２ａに入射した光のうち、ホログラム面２ａの第１象限における領域２１ａで回折された１次回折光４１ａ’は、検出セルＳ１ａ上の光スポット４１ａＢとして集光し、ホログラム面２ａの第１象限における領域２１ｂ及び２１ｃで回折された１次回折光４１ｂ’及び４１ｃ’は、いずれの検出セル上でもない位置に光スポット４１ｂＢ及び４１ｃＢを結ぶ。一方、ホログラム面２ａの第１象限における領域２１ａ、２１ｂ及び２１ｃで回折された−１次回折光４１ａ’’、４１ｂ’’及び４１ｃ’’は、それぞれ検出セル３Ｔ１上の光スポット４１ａＦ、４１ｂＦ及び４１ｃＦとして集光する。また、ホログラム面２ａの第２象限における領域２２ａで回折された１次回折光４２ａ’は、検出セルＳ２ａ上の光スポット４２ａＢとして集光し、ホログラム面２ａの第２象限における領域２２ｂ及び２２ｃで回折された１次回折光４２ｂ’及び４２ｃ’は、いずれの検出セル上でもない位置に光スポット４２ｂＢ及び４２ｃＢを結ぶ。一方、ホログラム面２ａの第２象限における領域２２ａ、２２ｂ及び２２ｃで回折された−１次回折光４２ａ’’、４２ｂ’’及び４２ｃ’’は、それぞれ検出セル３Ｔ２上の光スポット４２ａＦ、４２ｂＦ及び４２ｃＦとして集光する。また、ホログラム面２ａの第３象限における領域２３ａで回折された１次回折光４３ａ’は、検出セルＳ２ａ上の光スポット４３ａＢとして集光し、ホログラム面２ａの第３象限における領域２３ｂ及び２３ｃで回折された１次回折光４３ｂ’及び４３ｃ’は、領域２３ｂ及び２３ｃの隣接状態と同様の隣接状態で、検出セルＦ２ａ及びＦ１ｂを跨る光スポット４３ｂＢ及び４３ｃＢとして集光する。一方、ホログラム面２ａの第３象限における領域２３ａ、２３ｂ及び２３ｃで回折された−１次回折光４３ａ’’、４３ｂ’’及び４３ｃ’’は、それぞれ検出セル３Ｔ３上の光スポット４３ａＦ、４３ｂＦ及び４３ｃＦとして集光する。尚、光スポット４３ｂＦ及び４３ｃＦは、領域２３ｃ及び２３ｂの隣接状態と同様の隣接状態で集光する。さらに、ホログラム面２ａの第４象限における領域２４ａで回折された１次回折光４４ａ’は、検出セルＳ１ａ上の光スポット４４ａＢとして集光し、ホログラム面２ａの第４象限における領域２４ｂ及び２４ｃで回折された１次回折光４４ｂ’及び４４ｃ’は、領域２４ｂ及び２４ｃの隣接状態と同様の隣接状態で、検出セルＦ２ｃ及びＦ１ｄを跨る光スポット４４ｂＢ及び４４ｃＢとして集光する。一方、ホログラム面２ａの第４象限における領域２４ａ、２４ｂ及び２４ｃで回折された−１次回折光４４ａ’’、４４ｂ’’及び４４ｃ’’は、それぞれ検出セル３Ｔ４上の光スポット４４ａＦ、４４ｂＦ及び４４ｃＦとして集光する。尚、光スポット４４ｂＦ及び４４ｃＦは、領域２４ｂ及び２４ｃの隣接状態と同様の隣接状態で集光する。
図５は、第１の光ディスク６の信号面６ａに対する合焦時の、光軸７に沿った断面における光検出面９ａの前後での集光点位置を、１次回折光２１ａ’及び２１ｂ’と、−１次回折光２１ａ’’及び２１ｂ’’の場合について説明したものである。尚、各回折光に対応した０次の回折成分は光検出面９ａ上の点９０に集光するが、０次光の回折効率はほぼゼロであるので、実際には光が照射されない。
図５に示すように、ホログラム面２ａによって回折される第１の光ディスク６からの戻り光２００（図２参照）のうち、ホログラム面２ａの第１象限における領域２１ａ、２１ｂでそれぞれ回折される１次回折光２１ａ’及び２１ｂ’は、光検出面９ａの奥のＰ１の距離の位置の点２Ｂに集光し、ホログラム面２ａの第１象限における領域２１ａ、２１ｂでそれぞれ回折される−１次回折光２１ａ’’及び２１ｂ’’は、光検出面９ａの手前のＰ１の距離の位置の点２Ｆに集光する（光線行路を実線で表示）。尚、グラム面２ａの第２象限、第３象限及び第４象限における領域２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２４ａ、２４ｂ及び２４ｃでそれぞれ回折される１次回折光２２ａ’、２２ｂ’、２２ｃ’、２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２４ａ’、２４ｂ’及び２４ｃ’、 −１次回折光２２ａ’’、２２ｂ’’、２２ｃ’’、２３ａ’’、２３ｂ’’、２３ｃ’’、２４ａ’’、２４ｂ’’及び２４ｃ’’についても原理は同様であり、その説明は省略する。
検出セルのいくつかは導通されており、結果として以下の８つの信号が得られるように構成されている。
Ｆ１＝検出セルＦ１ａで得られる信号＋検出セルＦ１ｂで得られる信号
＋検出セルＦ１ｃで得られる信号＋検出セルＦ１ｄで得られる信号
Ｆ２＝検出セルＦ２ａで得られる信号＋検出セルＦ２ｂで得られる信号
＋検出セルＦ２ｃで得られる信号＋検出セルＦ２ｄで得られる信号
Ｔ１＝検出セル３Ｔ１で得られる信号
Ｔ２＝検出セル３Ｔ２で得られる信号
Ｔ３＝検出セル３Ｔ３で得られる信号
Ｔ４＝検出セル３Ｔ４で得られる信号
Ｓ１＝検出セルＳ１ａで得られる信号＋検出セルＳ１ｂで得られる信号
＋出セルＳ１ｃで得られる信号＋検出セルＳ１ｄで得られる信号
＋出セルＳ１ｅで得られる信号
Ｓ２＝検出セルＳ２ａで得られる信号＋検出セルＳ２ｂで得られる信号
＋出セルＳ２ｃで得られる信号＋検出セルＳ２ｄで得られる信号
＋出セルＳ２ｅで得られる信号
図３、図４におけるＹ軸を光ディスク（第１の光ディスク６、第２の光ディスク６’）の半径方向として、光ディスクの信号面へのフォーカスエラー信号ＦＥ、信号ＴＥ１、信号ＴＥ２、光ディスクの信号面の再生信号ＲＦは、それぞれ下記式（７）〜（１０）に基づいて演算される。
ＦＥ＝Ｆ１−Ｆ２ 式（７）
ＴＥ１＝Ｓ１−Ｓ２ 式（８）
ＴＥ２＝（Ｔ２＋Ｔ３）−（Ｔ１＋Ｔ４） 式（９）
ＲＦ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４ 式（１０）
第１のレーザ光及び第１の光ディスク６の組み合わせにおいては、上記式（８）の演算式で得られる信号ＴＥ１をトラッキングエラー信号とし、第２のレーザ光及び第２の光ディスク６’の組み合わせにおいては、αを定数として、下記式（１１）の演算式で得られる信号ＴＥをトラッキングエラー信号とする。
ＴＥ＝ＴＥ２−α×ＴＥ１ 式（１１）
尚、これらの信号の演算は、光検出基板９上に設けられた演算手段（図示せず）によって行なわれる。
図３において、光スポット３１ａＦ、３１ａＢ、３１ｂＢ、３１ｂＦ、３１ｃＢ、３１ｃＦ及び光スポット３２ａＦ、３２ａＢ、３２ｂＦ、３２ｂＢ、３２ｃＦ、３２ｃＢのそれぞれの図示しない中心点は、ともにＹ軸方向に測って点９０からＤ１の距離にある。また、光スポット３３ａＦ、３３ａＢ、３３ｃＦ、３３ｃＢ及び光スポット３４ａＦ、３４ａＢ、３４ｃＦ、３４ｃＢのそれぞれの図示しない中心点は、Ｙ軸方向に測ってそれぞれ点９０からＤ１＋Ｄ１’の距離にある。一方、図４において、光スポット４１ａＦ、４１ａＢ、４１ｂＦ、４１ｂＢ、４１ｃＢ、４１ｃＦ及び光スポット４２ａＦ、４２ａＢ、４２ｂＦ、４２ｂＢ、４２ｃＢ、４２ｃＦのそれぞれの図示しない中心点は、ともにＹ軸方向に測って点９０からＤ２の距離にある。また、光スポット４３ａＦ、４３ａＢ、４３ｃＦ、４３ｂＢ及び光スポット４４ａＢ、４４ａＦ、４４ｃＦ、４４ｃＢのそれぞれの図示しない中心点は、Ｙ軸方向に測ってそれぞれ点９０からＤ２＋Ｄ２’の距離にある。第１の発光点１ａと第２の発光点１ａ’との間、すなわち、点９０と点９０’との間はＹ軸に沿って距離ｗだけ離れており、下記式（１２）が成り立っている。
Ｄ２＝Ｄ１＋ｗ 式（１２）
ここで、第１のレーザ光に対する光スポット３１ａＦと第２のレーザ光に対する光スポット４１ａＦ、第１のレーザ光に対する光スポット３１ｂＦと第２のレーザ光に対する光スポット４１ｂＦ、第１のレーザ光に対する光スポット３１ｃＦと第２のレーザ光に対する光スポット４１ｃＦ、第１のレーザ光に対する光スポット３２ａＦと第２のレーザ光に対する光スポット４２ａＦ、第１のレーザ光に対する光スポット３２ｂＦと第２のレーザ光に対する光スポット４２ｂＦ、第１のレーザ光に対する光スポット３２ｃＦと第２のレーザ光に対する光スポット４２ｃＦは、それぞれほぼ一致するように構成されており、さらに、レーザ光の仮想発光点である点９０及び点９０’からの距離は近似的に回折角に比例し、回折角は近似的に波長に比例するので、下記式（１３）が成り立っている。
Ｄ２／Ｄ１＝Ｄ２’／Ｄ１’＝λ2 ／λ1 式（１３）
例えば、λ1 ＝６６０ｎｍ、λ2 ＝７９５ｎｍ、ｗ＝１１０μｍの場合、Ｄ１＝５４０μｍ、Ｄ２＝６５０μｍとなる。
本実施の形態の光検出パターンは、上記のような構成を採り、光スポット３３ａＦ、３３ｂＦ、３３ｃＦと光スポット４３ａＦ、４３ｂＦ、４３ｃＦとは検出セル３Ｔ３の内部に収まっており、光スポット３４ａＦ、３４ｂＦ、３４ｃＦと光スポット４４ａＦ、４４ｂＦ、４４ｃＦとは検出セル３Ｔ４の内部に収まっている。また、検出セルＦ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ、Ｆ１ｄ、Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ、Ｆ２ｃ、Ｆ２ｄは、形状がＹ軸方向に延びており、光スポット３３ｂＢ及び３３ｃＢ、３４ｂＢ及び３４ｃＢ、光スポット４３ｂＢ及び４３ｃＢ、４４ｂＢ及び４４ｃＢは、Ｘ軸方向の広がりが小さく、ほとんどＹ軸に沿った配置となっており、波長が異なっても、Ｙ軸に沿ってシフトするだけであるので、光スポット３３ｂＢ及び３３ｃＢ、光スポット４３ｂＢ及び４３ｃＢはいずれも検出セルＦ２ａ及びＦ１ｂを跨ぐように、光スポット３４ｂＢ及び３４ｃＢ、光スポット４４ｂＢ及び４４ｃＢはいずれも検出セルＦ２ｃ及びＦ１ｄを跨ぐように配置される。このため、上記式（７）〜式（１１）から、２つのレーザ光に対して所望のフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、再生信号がそれぞれ得られる。
ここで、上述したように、第１の光ディスク６と第２の光ディスク６’の基材厚が正の（基準よりも厚い）誤差を有する場合には、光の収束状態は図１１（ｂ）のようになる。そして、このときの、対物レンズ５への光の入射高ｒと縦収差ｄとの関係は、図１１（ｃ）に示す曲線Ｌ１のようになり、信号面６ａ、６ａ’からの反射光の、対物レンズ５を透過した後の波面収差は、倍化した曲線Ｌ２のようになる。尚、曲線Ｌ２は、全開口の領域（０≦ｒ≦ｒ２）においては、その平均的な歪みがほぼゼロ（平均が図１１（ｃ）の直線Ｌ０上にある）となっている。一方、入射高ｒ１をｒ１＜ｒ２を満たす値とし、０≦ｒ≦ｒ１の開口でフォーカス制御を行えば、対物レンズ５が信号面６ａ、６ａ’に近づき、対物レンズ５を透過した後の反射光の波面収差は、曲線Ｌ３のようになる。尚、曲線Ｌ３は、０≦ｒ≦ｒ１の開口領域においては、その平均的な歪みがほぼゼロ（平均が図１１（ｃ）の直線Ｌ０上にある）となっている。従って、対物レンズ５を透過した後の反射光の波面の平均がほぼ平面となるので、ＦＥ＝０となる。すなわち、このときのフォーカス制御される位置は、ニア側（対物レンズが光ディスクの信号面に近づく側）となる。
一方、第１の光ディスク６と第２の光ディスク６’の基材厚が負の（基準よりも薄い）誤差を有する場合には、光の収束状態は図１２（ｂ）のようになる。そして、このときの、対物レンズ５への光の入射高ｒと縦収差ｄ’との関係は、図１２（ｃ）に示す曲線Ｌ１のようになり、信号面６ａ、６ａ’からの反射光の、対物レンズ５を透過した後の波面収差は、倍化した曲線Ｌ２のようになる。尚、曲線Ｌ２は、全開口の領域（０≦ｒ≦ｒ２）においては、その平均的な歪みがほぼゼロ（平均が図１２（ｃ）の直線Ｌ０上にある）となっている。一方、入射高ｒ１をｒ１＜ｒ２を満たす値とし、０≦ｒ≦ｒ１の開口でフォーカス制御を行えば、対物レンズ５が信号面６ａ、６ａ’から遠ざかり、対物レンズ５を透過した後の反射光の波面収差は、曲線Ｌ３のようになる。尚、曲線Ｌ３は、０≦ｒ≦ｒ１の開口領域においては、その平均的な歪みがほぼゼロ（平均が図１２（ｃ）の直線Ｌ０上にある）となっている。従って、対物レンズ５を透過した後の反射光の波面の平均がほぼ平面となるので、ＦＥ＝０となる。すなわち、このときフォーカス制御される位置は、ファー側（対物レンズが光ディスクの信号面から遠ざかる側）となる。
ここで、上記式（７）によれば、フォーカスエラー信号ＦＥは、図２に示すホログラム面２ａにおける領域２３ｂ、２３ｃ、２４ｂ、２４ｃで回折される回折光によって生成され、フォーカスエラー信号ＦＥを生成する回折光には、領域２３ａ、２４ａで回折される回折光は含まれない。図２から明らかなように、領域２３ｂ、２３ｃ、２４ｂ、２４ｃへ入射する光は、入射高ｒが小さい部分の占める割合が多いため、図１１（ｃ）での縦収差ｄが負となる光線の割合が多い。従って、領域２３ｂ、２３ｃ、２４ｂ、２４ｃで回折される回折光がなす波面収差は、図１１（ｃ）での曲線Ｌ３に近い特性となる。よって、本構成におけるフォーカスエラー信号ＦＥを生成する光は、０≦ｒ≦ｒ１の開口領域の光と等価になり、上述したように、ＦＥ＝０となる点は、対物レンズ５が第１の光ディスク６、第２の光ディスク６’の信号面６ａ、６ａ’に近づく側（ニア側）にシフトすることになる。
一方、第１の光ディスク６と第２の光ディスク６’の基材厚が正の（基準よりも厚い）誤差を有する（マイナスの球面収差が存在する）場合には、信号再生時のジッターを最小とするフォーカス制御位置（ジッターベスト点）は、ニア側にシフトすることが実験的に知られている。従って、ＦＥ＝０にてフォーカス制御される位置のシフトする方向が、再生信号のジッターが小さくなる方向と一致するため、フォーカス制御点での再生信号のジッターを小さくすることが可能となる。尚、フォーカスエラー信号ＦＥが、上記式（７）に基づき、領域２３ｂ、２３ｃ、２４ｂ及び２４ｃで回折された回折光から生成される場合について述べたが、フォーカスエラー信号が、領域２３ｃ、２４ｃで回折された回折光のみから生成される場合であっても、上記と同様の効果を得ることができる。
図６に、第２のレーザ光に対して、対物レンズ５及び偏向性ホログラム基板２が第２の光ディスク６’のディスク径方向に沿って偏心したときの、信号ＴＥ２、信号ＴＥ１のオフセット量の変化の概念図を示す。図６（ａ）は、上記式（９）による信号ＴＥ２のオフセット量の変化を示し、図６（ｂ）は、上記式（８）による信号ＴＥ１のオフセット量の変化を示している。また、図６（ａ）、（ｂ）において、横軸は対物レンズ５及び偏光性ホログラム基板２の第２の光ディスク６’のディスク径方向に沿った偏心量であり、縦軸は信号のオフセット量である。一般に、光は、近軸で強く、光軸から離れるにしたがって弱くなるような不均一な強度分布を示すため、信号ＴＥ２、信号ＴＥ１には、対物レンズの偏心（光強度分布に対する偏心）に伴ってオフセットが発生する。
図６から明らかなように、信号ＴＥ１に適当な重み付け（定数α）を与えて増幅演算した信号を信号ＴＥ２から減算する上記式（１１）の演算を行えば、対物レンズ５及び偏向性ホログラム基板２の偏心によるトラッキングエラー信号ＴＥのオフセットをキャンセルすることができ、その結果、トラッキング制御時にオフトラックが発生することはない。αの大きさは、例えば、第２のレーザ光の波長をλ2 ＝７９０ｎｍ、対物レンズ５の開口数をＮＡ＝０．５、第２の光ディスク６’のトラックピッチを１．６μｍとすると、α＝２０程度となる。
一方、第１のレーザ光についても、対物レンズ５及び偏向性ホログラム基板２が第１の光ディスク６のディスク径方向に沿って偏心したときに、領域２１ａ、２１ｂでの光分布と、領域２２ａ、２２ｂでの光分布とが非対称になる（図２参照）。これは、第１の発光点１ａから出射する光が近軸で強く、光軸から離れるにしたがって弱くなるような不均一な強度分布を示すことに起因する。上記式（８）は、図２の領域２１ｂ、２２ｂが入れ替わった形態での、ホログラム面２ａの第１象限、第２象限間の差信号を表わしているので、第１象限、第２象限間の領域における光分布の非対称性は、上記式（８）の演算でキャンセルされ、対物レンズ５及び偏向性ホログラム基板２の偏心によるトラッキングエラー信号のオフセットが低減される。
従って、本実施の形態によれば、二種類の光ディスクに対応しながら、光ディスクの基材厚に誤差がある場合においても、フォーカス制御点と再生信号のジッターが最小となる点との差異を低減して、フォーカス制御点での再生信号のジッターを小さくすることができる。また、対物レンズ５及び偏光性ホログラム基板２のディスク径方向に沿った偏心があっても、トラッキング制御時にオフトラックが発生しない。その結果、安定したトラッキング制御が可能となり、光ディスク装置の記録再生性能が向上する。
尚、本実施の形態においては、２つの異なる波長の光を出射する光源１を備えた構成の光ディスク装置を例に挙げて説明したが、１つの波長の光を出射する光源を備えた構成であっても、第１のレーザ光や第２のレーザ光に対応する本実施の形態の構成を採用することにより、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態においては、光検出基板９が演算手段を有し、当該演算手段によって各信号の演算が行なわれる構成の光ディスク装置を例に挙げて説明したが、演算手段が光検出基板９の外部に設けられている構成であっても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態においては、光源１が光検出基板９上に設けられた構成の光ディスク装置を例に挙げて説明したが、光源１が光検出基板９とは無関係に設けられている構成であっても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、以下のような構成も考えられる。すなわち、例えば、図３において、
Ｓ１’ ＝検出セルＳ１ｂで得られる信号
Ｓ１’’＝検出セルＳ１ｂで得られる信号＋検出セルＳ２ｅで得られる信号
Ｓ２’ ＝検出セルＳ２ｂで得られる信号
Ｓ２’’＝検出セルＳ２ｂで得られる信号＋検出セルＳ１ｅで得られる信号
として、
ＴＥ１’ ＝Ｓ１’ −Ｓ２’ 式（１４）
ＴＥ１’’＝Ｓ１’’−Ｓ２’’ 式（１５）
の演算を行い、定数β、γを用いて、
ＴＥ＝ＴＥ２−β×ＴＥ１’ 式（１６）
あるいは
ＴＥ＝ＴＥ２−γ×ＴＥ１’’ 式（１７）
により、トラッキングエラー信号ＴＥを生成してもよい。この場合においても、β、γの値を適切に選ぶことにより、対物レンズ５及び偏向性ホログラム基板２の偏心によるトラッキングエラー信号ＴＥのオフセットを低減することができ、その結果、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、次のような構成も考えられる。すなわち、例えば、検出セル３Ｔ１に領域２１ｃで回折された回折光が、検出セル３Ｔ２に領域２２ｃで回折された回折光が、検出セル３Ｔ３に領域２３ｃで回折された回折光が、検出セル３Ｔ４に領域２４ｃで回折された回折光がそれぞれ入射し、あるいは、検出セル３Ｔ１に領域２１ａ、２１ｃで回折された回折光が、検出セル３Ｔ２に領域２２ａ、２２ｃで回折された回折光が、検出セル３Ｔ３に領域２３ａ、２３ｃで回折された回折光が、検出セル３Ｔ４に領域２４ａ、２４ｃで回折された回折光がそれぞれ入射するようにしてもよい。この場合においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、次のような構成も考えられる。すなわち、例えば、図２において、領域２１ｂと領域２１ｃ、領域２２ｂと領域２２ｃ、領域２３ｂと領域２３ｃ、領域２４ｂと領域２４ｃは、それぞれ、分割されずに一体でもよい。この場合においても、本実施の形態と同様の、フォーカス制御点と再生信号のジッターが最小となる点との差異を低減する効果を得ることができる。
さらに、次のような構成も考えられる。すなわち、例えば、上記式（９）の代わりに、
ＴＥ２＝Ｔ２−Ｔ１ 式（１８）
あるいは
ＴＥ２＝Ｔ３−Ｔ４ 式（１９）
を信号ＴＥ２の演算式として用いてもよい。この場合、上記式（１１）における最適なαの値は、上記式（９）を用いる場合の１／２になる。一般に、上記式（１１）での信号ＴＥ１を演算する回路にはノイズや回路オフセットが存在し、上記式（１１）ではこのノイズや回路オフセットがα倍に増幅される。従って、αの値が小さいほど、ノイズや回路オフセットの影響を低減することができるので、本構成により、安定したトラッキング制御を行なうことが可能となる。
以上のように、本発明は、レーザ光源を用いて、光ディスクに情報を光学的に記録し、あるいは光ディスクに記録された情報を光学的に再生する光ディスク装置の光ピックアップ装置として有用である。
図１（ａ）は、本発明の一実施の形態における光ディスク装置を示す側面図、図１（ｂ）は、当該光ディスク装置の光源部分を示す平面図である。 図２は、本発明の一実施の形態における光ディスク装置に用いられるホログラムに形成されたホログラムパターンを示す図である。 図３は、本発明の一実施の形態における光ディスク装置に用いられる光検出器に形成された光検出パターンと、光源の第１の発光点から出射された第１のレーザ光に対する戻り光の当該光検出器上での光分布の様子とを示す図である。 図４は、本発明の一実施の形態における光ディスク装置に用いられる光検出器に形成された光検出パターンと、光源の第２の発光点から出射された第２のレーザ光に対する戻り光の当該光検出器上での光分布の様子とを示す図である。 図５は、本発明の一実施の形態の、光ディスクの信号面に対する合焦時の、光軸に沿った断面における光検出面の前後での集光点位置を示す説明図である。 図６は、本発明の一実施の形態における信号の挙動を示し、（ａ）は対物レンズ及び偏向性ホログラム基板の偏心量に対する信号のオフセット量の一例を示す説明図、（ｂ）は対物レンズ及び偏向性ホログラム基板の偏心量に対する信号のオフセット量の他の例を示す説明図である。 図７（ａ）は、従来技術における光ディスク装置を示す側面図、図７（ｂ）は、当該光ディスク装置の光源部分を示す平面図である。 図８は、従来技術における光ディスク装置に用いられるホログラムに形成されたホログラムパターンを示す図である。 図９は、従来技術における光ディスク装置に用いられる光検出器に形成された光検出パターンと、光源の第１の発光点から出射された第１のレーザ光に対する戻り光の当該光検出器上での光分布の様子とを示す図である。 図１０は、従来技術における光ディスク装置に用いられる光検出器に形成された光検出パターンと、光源の第２の発光点から出射された第２のレーザ光に対する戻り光の当該光検出器上での光分布の様子とを示す図である。 図１１（ａ）は、光ディスク装置における、光ディスクの基材厚に誤差がない場合の対物レンズによる光の収束状態を示す図、図１１（ｂ）は、同装置における、光ディスクの基材厚が正の（基準よりも厚い）誤差を有す場合の対物レンズによる光の収束状態を示す図、図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）における縦収差（結像点の信号面からのずれ量）を、対物レンズへの光の入射高に対してプロットした図である。 図１２（ａ）は、光ディスク装置における、光ディスクの基材厚に誤差がない場合の対物レンズによる光の収束状態を示す図、図１２（ｂ）は、同装置における、光ディスクの基材厚が負の（基準よりも薄い）誤差を有する場合の対物レンズによる光の収束状態を示す図、図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）における縦収差（結像点の信号面からのずれ量）を、対物レンズへの光の入射高に対してプロットした図である。

Claims (4)

  1. 第１及び第２の光源と、対物レンズと、光分岐手段と、光検出器とを備え、
    前記第１及び第２の光源から出射された光が、前記対物レンズを経由して、それぞれ第１及び第２の光ディスクの信号面上のトラックに集光され、
    前記信号面上のトラックで反射しかつ回折された光が、前記対物レンズを経由して前記光分岐手段に入射し、
    前記光分岐手段から出射された光が、前記光検出器に集光される光ディスク装置であって、
    前記光分岐手段は、前記第１の光ディスクからの０次回折光のみが入射する領域Ａ’と、前記第２の光ディスクからの０次回折光と±１次回折光とが重なる領域の外にある領域Ａ’’と、それ以外の領域Ａとに分割され、
    前記光検出器は、前記光分岐手段の前記領域Ａ’から出射された光を検出する検出領域Ｂ’と、前記光分岐手段の前記領域Ａ’’から出射された光を検出する検出領域Ｂ’’と、前記光分岐手段の前記領域Ａから出射された光を検出する検出領域Ｂとに区分けされ、
    前記検出領域Ｂからの検出信号によってそれぞれの光ディスクのフォーカスエラー信号が生成され、
    前記検出領域Ｂ、又は、前記検出領域Ｂ及びＢ’、又は、前記検出領域Ｂ、Ｂ’及びＢ’’のいずれかからの検出信号によってそれぞれの光ディスクのトラッキングエラー信号が生成され、
    前記検出領域Ｂ’からの検出信号によって前記第１の光ディスクの前記トラッキングエラー信号が補正され、
    前記検出領域Ｂ’’、又は、前記検出領域Ｂ’及びＢ’’のいずれかからの検出信号によって前記第２の光ディスクの前記トラッキングエラー信号が補正され、
    前記フォーカスエラー信号に基づき、前記第１の光ディスクの基材厚が正の（基準よりも厚い）誤差を有する場合には、前記対物レンズが前記第１の光ディスクの前記信号面に近づき、前記第１の光ディスクの基材厚が負の（基準よりも薄い）誤差を有する場合には、前記対物レンズが前記第１の光ディスクの前記信号面から遠ざかるように、前記第１の光ディスクのフォーカス制御が行なわれ、
    前記フォーカスエラー信号に基づき、前記第２の光ディスクの基材厚が正の（基準よりも厚い）誤差を有する場合には、前記対物レンズが前記第２の光ディスクの前記信号面に近づき、前記第２の光ディスクの基材厚が負の（基準よりも薄い）誤差を有する場合には、前記対物レンズが前記第２の光ディスクの前記信号面から遠ざかるように、前記第２の光ディスクのフォーカス制御が行なわれることを特徴とする光ディスク装置。
  2. 前記光分岐手段は、光軸と交差する２直線（光ディスクの半径方向に平行なｙ軸とこれに直交するｘ軸）によって４つの象限ｋ（但し、反時計回りにｋ＝１、２、３、４）に分割され、
    前記象限ｋは、さらに、前記第１の光ディスクからの０次回折光のみが入射する領域Ａｋ’と、前記第２の光ディスクからの０次回折光と±１次回折光とが重なる領域の外にある領域Ａｋ’’と、それ以外の領域Ａｋとに分割され、
    前記光分岐手段の前記領域Ａｋ、Ａｋ’、Ａｋ’’から出射された光は、前記検出領域Ｂ、Ｂ’、Ｂ’’上の検出セルＢｋ、Ｂｋ’、Ｂｋ’’によってそれぞれ検出されて、検出信号Ｃｋ、Ｃｋ’、Ｃｋ’’として出力され、
    前記第１の光ディスクに対するトラッキングエラー信号ＴＥが、αを定数として、下記（数１）〜（数３）の演算式によって生成される、請求項１に記載の光ディスク装置。
    ＴＥ１＝（Ｃ２’＋Ｃ３’）−（Ｃ１’＋Ｃ４’） （数１）
    ＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ３）−（Ｃ１＋Ｃ４）又はＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ２’＋Ｃ３＋Ｃ３’）−（Ｃ１＋Ｃ１’＋Ｃ３＋Ｃ３’）又はＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ２’＋Ｃ２’’＋Ｃ３＋Ｃ３’＋Ｃ３’’）−（Ｃ１＋Ｃ１’＋Ｃ１’’＋Ｃ４＋Ｃ４’＋Ｃ４’’） （数２）
    ＴＥ＝ＴＥ２−α×ＴＥ１ （数３）
  3. 前記光分岐手段は、光軸と交差する２直線（光ディスクの半径方向に平行なｙ軸とこれに直交するｘ軸）によって４つの象限ｋ（但し、反時計回りにｋ＝１、２、３、４）に分割され、
    前記象限ｋは、さらに、前記第１の光ディスクからの０次回折光のみが入射する領域Ａｋ’と、前記第２の光ディスクからの０次回折光と±１次回折光とが重なる領域の外にある領域Ａｋ’’と、それ以外の領域Ａｋとに分割され、
    前記光分岐手段の前記領域Ａｋ、Ａｋ’、Ａｋ’’から出射された光は、前記検出領域Ｂ、Ｂ’、Ｂ’’上の検出セルＢｋ、Ｂｋ’、Ｂｋ’’によってそれぞれ検出されて、検出信号Ｃｋ、Ｃｋ’、Ｃｋ’’として出力され、
    前記第２の光ディスクに対するトラッキングエラー信号ＴＥが、αを定数として、下記（数４）〜（数６）の演算式によって生成される、請求項１に記載の光ディスク装置。
    ＴＥ１＝（Ｃ２’＋Ｃ３’）−（Ｃ１’＋Ｃ４’）又はＴＥ１＝（Ｃ２’＋Ｃ２’’＋Ｃ３’＋Ｃ３’’）−（Ｃ１’＋Ｃ１’’＋Ｃ４’＋Ｃ４’’） （数４）
    ＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ３）−（Ｃ１＋Ｃ）又はＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ２’＋Ｃ３＋Ｃ３’）−（Ｃ１＋Ｃ１’＋Ｃ４＋Ｃ４’）又はＴＥ２＝（Ｃ２＋Ｃ２’＋Ｃ２’’＋Ｃ３＋Ｃ３’＋Ｃ３’’）−（Ｃ１＋Ｃ１’＋Ｃ１’’＋Ｃ４＋Ｃ４’＋Ｃ４’’） （数５）
    ＴＥ＝ＴＥ２−α×ＴＥ１ （数６）
  4. 前記第１及び第２の光源と前記光検出器とが同一の基板上に搭載された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ディスク装置。
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