JP5056416B2 - 光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置 - Google Patents

光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置 Download PDF

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Description

本発明は、光記録媒体に対して記録及び再生の少なくとも一方を行うための光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置に関し、特に、二層の光記録媒体に対して良好なフォーカス誤差信号を検出することが可能な光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置に関するものである。
光記録媒体に対して記録及び再生の少なくとも一方を行うための光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置は、フォーカス誤差信号及びトラック誤差信号を検出する機能を有する。フォーカス誤差信号の検出方法としては、フーコー法（又はダブルナイフエッジ法）、非点収差法、スポットサイズ法等が知られている。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形成されている。光ヘッド装置によって光記録媒体上に形成される集光スポットがこの溝を横断すると、フォーカス誤差信号に雑音が発生する。
フーコー法は、非点収差法やスポットサイズ法に比べ、この雑音が小さいという特徴を有する。この特徴は、溝の凹部であるランド及び溝の凸部であるグルーブの両方に記録又は再生を行うランド／グルーブ記録再生方式の書換可能型の光記録媒体（ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＨＤ ＤＶＤ−ＲＷ等）に対して顕著に表れる。そのため、これらの光記録媒体に対しては、フォーカス誤差信号の検出方法として一般にフーコー法が用いられる。
一方、トラック誤差信号の検出方法としては、再生専用型の光記録媒体（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭ等）に対しては一般に位相差法が用いられ、追記型（ＤＶＤ−Ｒ、ＨＤ ＤＶＤ−Ｒ等）及び書換可能型（ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＨＤ ＤＶＤ−ＲＷ等）の光記録媒体に対しては一般にプッシュプル法が用いられる。
したがって、再生専用型、追記型及び書換可能型の全ての光記録媒体に対応するために、光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置には、フーコー法によるフォーカス誤差信号、並びに、位相差法及びプッシュプル法によるトラック誤差信号を検出する機能が求められる。光ヘッド装置を小型化するためには、光記録媒体からの反射光を、これらの信号を検出するために同一の光検出器で受光することが求められる。光記録媒体からの反射光を、フーコー法によるフォーカス誤差信号、並びに、位相差法及びプッシュプル法によるトラック誤差信号を、検出するために同一の光検出器で受光する光ヘッド装置としては、特許文献１に記載の光ヘッド装置がある。
図１６に、特許文献１に記載の光ヘッド装置を示す。半導体レーザ１からの出射光はコリメータレンズ２で平行光化され、偏光ビームスプリッタ３にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、１／４波長板４を透過して直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ５でディスク６上に集光される。ディスク６からの反射光は対物レンズ５を逆向きに透過し、１／４波長板４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３にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射され、回折光学素子７ｅで回折され、凸レンズ８を透過して光検出器９ｃで受光される。
図１７は、回折光学素子７ｅの平面図である。回折光学素子７ｅは、入射光の光軸を通りディスク６の半径方向に平行な直線と、入射光の光軸を通りディスク６の接線方向に平行な直線とによって、領域１２ｉ〜１２ｌの四つに分割された回折格子が形成された構成である。回折格子の方向はいずれもディスク６の接線方向に平行であり、回折格子のパタンはいずれも等ピッチの直線状である。回折格子のピッチは領域１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ、１２ｌの順に広くなる。なお、図中に点線で示す円５ａは、対物レンズ５の有効径に相当する。領域１２ｉ，１２ｊ，１２ｋ，１２ｌに入射した光は、いずれも−１次回折光として約１０％が回折され、＋１次回折光として約７１％が回折される。
図１８に、光検出器９ｃの受光部のパタンと光検出器９ｃ上の光スポットの配置とを示す。光スポット３１ａ，３１ｂは、それぞれ回折光学素子７ｅの領域１２ｉ，１２ｊからの−１次回折光に相当し、ディスク６の半径方向に平行な分割線で二つに分割された受光部３０ａ，３０ｂで受光される。光スポット３１ｃ，３１ｄは、それぞれ回折光学素子７ｅの領域１２ｋ、１２ｌからの−１次回折光に相当し、ディスク６の半径方向に平行な分割線で二つに分割された受光部３０ｃ、３０ｄで受光される。光スポット３１ｅは、回折光学素子７ｅの領域１２ｉからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部３０ｅで受光される。光スポット３１ｆは、回折光学素子７ｅの領域１２ｊからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部３０ｆで受光される。光スポット３１ｇは、回折光学素子７ｅの領域１２ｋからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部３０ｇで受光される。光スポット３１ｈは、回折光学素子７ｅの領域１２ｌからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部３０ｈで受光される。
ここで、受光部３０ａ〜３０ｈからの出力を、それぞれＶ３０ａ〜Ｖ３０ｈで表わす。このとき、フーコー法によるフォーカス誤差信号は、（Ｖ３０ａ＋Ｖ３０ｄ）−（Ｖ３０ｂ＋Ｖ３０ｃ）の演算から得られる。位相差法によるトラック誤差信号は、（Ｖ３０ｅ＋Ｖ３０ｈ）と（Ｖ３０ｆ＋Ｖ３０ｇ）との位相差から得られる。プッシュプル法によるトラック誤差信号は、（Ｖ３０ｅ＋Ｖ３０ｇ）−（Ｖ３０ｆ＋Ｖ３０ｈ）の演算から得られる。また、ディスク６に記録されたＲＦ信号は、（Ｖ３０ｅ＋Ｖ３０ｆ＋Ｖ３０ｇ＋Ｖ３０ｈ）の演算から得られる。特許文献１に記載の光ヘッド装置においては、フォーカス誤差信号を検出するための受光部及びトラック誤差信号を検出するための受光部が、それぞれ四個で済むため、光検出器や演算回路の構成が簡単である。
特開２００４−１３９７２８号公報
図１９に、特許文献１に記載の光ヘッド装置を用いて検出されるフォーカス誤差信号の計算例を示す。計算に用いた条件は、半導体レーザ１の波長が４０５ｎｍ、対物レンズ５の開口数が０．６５、検出光学系の倍率（凸レンズ８の焦点距離と対物レンズ５の焦点距離の比）が１０、光検出器９ｃの受光部３０ａ〜３０ｄの大きさが１４０μｍ×３５μｍである。波長４０５ｎｍ、開口数０．６５はＨＤ ＤＶＤの条件に相当する。図の横軸は、ディスク６のデフォーカス量であり、ディスク６が対物レンズ５から遠い場合を負、ディスク６が対物レンズ５に近い場合を正と定義している。図の縦軸は、デフォーカス０μｍにおける和信号のレベルで規格化した信号である。
ところで、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭ等の光記録媒体には、二層の規格がある。二層の光記録媒体におけるフォーカス誤差信号は、一層目（対物レンズに近い層）に対するフォーカス誤差信号と二層目（対物レンズから遠い層）に対するフォーカス誤差信号を、層間隔に相当するデフォーカス量だけ図１９において横方向へずらして足し合わせたものになる。つまり、一方の層にフォーカスを合わせて信号を得ても、この信号に他方の層からの信号が混じってしまう。
このとき、単層の光記録媒体におけるフォーカス誤差信号がこの層間隔に相当するデフォーカス位置でＤＣ成分を有すると、二層の光記録媒体におけるフォーカス誤差信号には、ジャストフォーカス位置でこのＤＣ成分に起因するオフセットが発生する。ＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭの規格によれば、二層の光記録媒体における層間隔は中間層の媒質中で１５μｍ〜２５μｍである。中間層の媒質の屈折率を１．６とすると、これは空気中で約９．４μｍ〜約１５．６μｍに相当する。図１９に示すフォーカス誤差信号は、＋９．４μｍ付近のデフォーカス位置では−０．０５程度しかＤＣ成分を有しないが、−９．４μｍ付近のデフォーカス位置では−０．３程度もＤＣ成分を有する。この場合、二層のＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭにおけるフォーカス誤差信号には、二層目のジャストフォーカス位置では−０．０５程度（内側にある一層目からの信号）しかオフセットが発生しないが、一層目のジャストフォーカス位置では−０．３程度（外側にある二層目からの信号）もオフセットが発生する。このため、一層目に対して正しくフォーカスサーボをかけることができず、高品質なＲＦ信号が得られない。
図２０に、ディスク６のデフォーカス量が変化した場合の、光検出器９ｃの受光部のパタンと光検出器９ｃ上の光スポットの配置の変化とを示す。図の（ａ）はディスク６が対物レンズ５から遠い場合、図の（ｂ）はディスク６がジャストフォーカス位置にある場合、図の（ｃ）はディスク６が対物レンズ５に近い場合に対応している。光スポット３１ａ〜３１ｈはディスク６がジャストフォーカス位置にある場合は点状になるが、ディスク６が対物レンズ５から遠い場合又は対物レンズ５に近い場合は四半円状になる。
ディスク６が対物レンズ５に近い場合、光スポット３１ａは主として受光部３０ａで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部３０ａの上側及び左側へはみ出し、一部分のみが受光部３０ａ内に留まる。光スポット３１ｂは主として受光部３０ａで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部３０ａの上側及び受光部３０ｃへはみ出し、一部分のみが受光部３０ａ内に留まる。光スポット３１ｃは主として受光部３０ｄで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部３０ｄの下側及び受光部３０ｂへはみ出し、一部分のみが受光部３０ｄ内に留まる。光スポット３１ｄは主として受光部３０ｄで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部３０ｄの下側及び右側へはみ出し、一部分のみが受光部３０ｄ内に留まる。受光部３０ａ，３０ｄで受光される光と受光部３０ｂ，３０ｃで受光される光とは、フォーカス誤差信号に対して互いに逆の極性で寄与する。なぜなら、前述のとおり、フォーカス誤差信号は（Ｖ３０ａ＋Ｖ３０ｄ）−（Ｖ３０ｂ＋Ｖ３０ｃ）で与えられるからである。このため、デフォーカス量が正の場合、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなるとほとんどＤＣ成分を有しないことになる。
一方、ディスク６が対物レンズ５から遠い場合、光スポット３１ａ，３１ｂは主として受光部３０ｂで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると一部分は受光部３０ｂの下側へはみ出すが、多くの部分は受光部３０ｂ内に留まる。光スポット３１ｃ，３１ｄは主として受光部３０ｃで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると一部分は受光部３０ｃの上側へはみ出すが、多くの部分は受光部３０ｃ内に留まる。受光部３０ｂ，３０ｃで受光される光は、フォーカス誤差信号に対して負の極性で寄与する。このため、デフォーカス量が負の場合、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなっても絶対値が大きい負のＤＣ成分を有することになる。
本発明の目的は、光記録媒体からの反射光を、フーコー法によるフォーカス誤差信号並びに位相差法及びプッシュプル法によるトラック誤差信号を検出するために、同一の光検出器で受光する光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置において、上に述べた課題を解決し、二層の光記録媒体に対して良好なフォーカス誤差信号を検出することが可能な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、この光源からの出射光を円盤状の光記録媒体上に集光する対物レンズと、光記録媒体からの反射光の光路中に設けられ反射光から回折光を生成する回折光学素子と、回折光学素子で生成された回折光を受光する光検出器と、を備えたものである。そして、光記録媒体は、少なくとも第一層及び第二層の信号層を有する光記録媒体を含む。光検出器は、回折光を受光してフォーカス誤差信号の正成分として出力する正成分受光部と、回折光を受光してフォーカス誤差信号の負成分として出力する負成分受光部とを有する。ここで、光記録媒体の有する信号層が、ジャストフォーカス位置に対して第一層と第二層との間隔に相当するデフォーカス量だけ、対物レンズから遠い場合又は対物レンズに近い場合を考える。この場合に、当該信号層からの反射光から生成された回折光が正成分受光部と負成分受光部とに広がるように、回折光の回折方向が設定され、かつ複数の正成分受光部及び複数の負成分受光部が配設されている。
光記録媒体の第一層と第二層との間隔に相当する正負のデフォーカス量では、回折光のスポットはジャストフォーカス位置でのスポットよりも広がってしまう。このとき、従来の光ヘッド装置では、スポットの広がり方が正成分受光部及び負成分受光部のどちらか一方に偏っていたので、第一層及び第二層のどちらか一方からのフォーカス誤差信号に直流成分のノイズが含まれていた。これに対し、本発明に係る光ヘッド装置では、スポットの広がり方が正成分受光部及び負成分受光部の両方になることにより、フォーカス誤差信号の直流成分のノイズが打ち消しあって減少する。このとき、回折光が正成分受光部と負成分受光部とに広がるように、例えば理論的（シミュレーションなど）又は実験的（試行錯誤など）に、回折光学素子が調整されるとともに、複数の負成分受光部及び複数の正成分受光部が配設される。
例えば、回折光学素子は、反射光の光軸に垂直な面内で、光軸を通り光記録媒体の半径方向に対応する第一の直線と、光軸を通り光記録媒体の接線方向に対応する第二の直線とによって、四つの回折領域に分割される。これらの四つの回折領域は、それぞれ反射光から特定次数の前記回折光を生成する。光検出器は、第一の直線に平行な第三の直線によって正成分受光部と負成分受光部とに二分割された四つの二分割受光部を有し、四つの回折領域のうち第一の直線を挟んで一方の側に位置する二つの回折領域を第一及び第二の回折領域、他方の側に位置する二つの回折領域を第三及び第四の回折領域とし、四つの二分割受光部を第一乃至第四の二分割受光部としたとき、四つの二分割受光部は、第三の直線に沿って第一の二分割受光部、第三の二分割受光部、第二の二分割受光部、第四の二分割受光部の順に設けられる。
換言すると、本発明に係る光ヘッド装置は、光源と、該光源からの出射光を円盤状の光記録媒体上に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光の光路中に設けられた回折光学素子と、該回折光学素子で前記反射光から生成された回折光を受光する光検出器を有し、前記回折光学素子は、前記反射光の光軸に垂直な面内で、前記光軸を通り前記光記録媒体の半径方向に対応する第一の直線と前記光軸を通り前記光記録媒体の接線方向に対応する第二の直線とで四つの領域に分割されており、該四つの領域のそれぞれで前記反射光から特定次数の回折光を少なくとも生成する光ヘッド装置において、前記光検出器は、フォーカス誤差信号を検出するために前記四つの領域のそれぞれで生成された前記特定次数の回折光を受光する、各々が前記第一の直線に平行な第三の直線で二つに分割された四つの二分割受光部を少なくとも有し、前記四つの領域のうち前記第一の直線に対して一方の側に位置する二つの領域を第一、第二の領域、他方の側に位置する二つの領域を第三、第四の領域とし、前記第一〜第四の領域のそれぞれで生成された前記特定次数の回折光を受光する前記四つの二分割受光部を第一〜第四の二分割受光部とするとき、前記四つの二分割受光部は、前記第三の直線に沿って前記第一の受光部、前記第三の受光部、前記第二の受光部、前記第四の受光部の順に設けられていることを特徴とする。
前記四つの領域のそれぞれには、格子の方向が前記第二の直線に平行であり、格子のピッチが均一である直線状の回折格子が形成されており、前記四つの領域のそれぞれに形成された前記回折格子における格子のピッチは、前記第一の領域、前記第三の領域、前記第二の領域、前記第四の領域の順に広く又は狭くなることが好ましい。
また、前記回折光学素子は、前記四つの領域のそれぞれで前記反射光から前記特定次数の回折光と異なる別の次数の回折光を更に生成し、前記光検出器は、トラック誤差信号及びＲＦ信号を検出するために前記四つの領域のそれぞれで生成された前記別の次数の回折光を受光する四つの受光部を更に有することが好ましい。
本発明に係る光学式情報記録再生装置は、本発明に係る光ヘッド装置と、前記四つの領域のそれぞれで生成された前記特定次数の回折光を受光する前記四つの二分割受光部からの出力信号に基づいて前記フォーカス誤差信号を生成する回路を少なくとも有することを特徴とする。
本発明に係る光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置においては、光記録媒体が対物レンズから遠い場合、光記録媒体が対物レンズに近い場合のいずれも、光検出器上の各々の光スポットは、主として対応する二分割受光部を構成する一方の受光部で受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると、多くの部分は対応する二分割受光部を構成する一方の受光部の外側又は隣接する二分割受光部を構成する一方の受光部へはみ出し、一部分のみが対応する二分割受光部を構成する一方の受光部内に留まる。各々の光スポットに対応する二分割受光部を構成する一方の受光部で受光される光と、隣接する二分割受光部を構成する一方の受光部で受光される光は、フォーカス誤差信号に対して互いに逆の極性で寄与する。このため、デフォーカス量が負の場合、デフォーカス量が正の場合のいずれも、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなるとほとんどＤＣ成分を有しないことになる。
単層の光記録媒体におけるフォーカス誤差信号が二層の光記録媒体における層間隔に相当するデフォーカス位置でＤＣ成分を有しないと、二層の光記録媒体におけるフォーカス誤差信号には、ジャストフォーカス位置でこのＤＣ成分に起因するオフセットが発生しない。このため、一層目、二層目のいずれに対しても正しくフォーカスサーボをかけることができ、高品質なＲＦ信号が得られる。
本発明に係る光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置によれば、二層の光記録媒体に対して良好なフォーカス誤差信号を検出できる。その理由は、単層の光記録媒体におけるフォーカス誤差信号が二層の光記録媒体における層間隔に相当するデフォーカス位置でＤＣ成分を有しないため、二層の光記録媒体におけるフォーカス誤差信号には、ジャストフォーカス位置でこのＤＣ成分に起因するオフセットが発生しないからである。
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１に、本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態を示す。半導体レーザ１からの出射光は、コリメータレンズ２で平行光化され、偏光ビームスプリッタ３にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、１／４波長板４を透過して直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ５でディスク６上に集光される。ディスク６からの反射光は、対物レンズ５を逆向きに透過し、１／４波長板４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３にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射され、回折光学素子７ａで回折され、凸レンズ８を透過して光検出器９ａで受光される。
図２は回折光学素子７ａの平面図である。回折光学素子７ａは、入射光の光軸を通りディスク６の半径方向に平行な直線と、入射光の光軸を通りディスク６の接線方向に平行な直線とによって、領域１２ａ〜１２ｄの四つに分割された回折格子が形成された構成である。回折格子の方向はいずれもディスク６の接線方向に平行であり、回折格子のパタンはいずれも等ピッチの直線状である。回折格子のピッチは領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの順に広くなる。なお、図中に点線で示す円５ａは対物レンズ５の有効径に相当する。
図３は回折光学素子７ａの断面図である。回折光学素子７ａは、基板１３上に回折格子１４ａが形成された構成である。ディスク６からの反射光は回折光学素子７ａに入射光１５として入射し、−１次回折光１６ａ及び＋１次回折光１７ａとして回折されて光検出器９ａで受光される。回折格子１４ａの断面形状は矩形状である。ここで、回折格子１４ａのピッチをＰとし、ライン部及びスペース部の幅を共にＰ／２とする。また、回折格子１４ａの高さをＨ／２とし、Ｈ＝λ／（ｎ−１）（ただしλは入射光１５の波長、ｎは回折格子１４ａの屈折率）とする。このとき、−１次回折光の回折効率、＋１次回折光の回折効率は共に４０．５％となる。すなわち、回折光学素子７ａの領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに入射した光は、いずれも−１次回折光として４０．５％が回折され、＋１次回折光として４０．５％が回折される。
図４に、光検出器９ａの受光部のパタンと光検出器９ａ上の光スポットの配置とを示す。光スポット２７ａは、回折光学素子７ａの領域１２ａからの−１次回折光に相当し、ディスク６の半径方向に平行な分割線で二つに分割された受光部２６ａ，２６ｂで受光される。光スポット２７ｂは、回折光学素子７ａの領域１２ｂからの−１次回折光に相当し、ディスク６の半径方向に平行な分割線で二つに分割された受光部２６ｃ，２６ｄで受光される。光スポット２７ｃは、回折光学素子７ａの領域１２ｃからの−１次回折光に相当し、ディスク６の半径方向に平行な分割線で二つに分割された受光部２６ｅ，２６ｆで受光される。光スポット２７ｄは、回折光学素子７ａの領域１２ｄからの−１次回折光に相当し、ディスク６の半径方向に平行な分割線で二つに分割された受光部２６ｇ，２６ｈで受光される。光スポット２７ｅは、回折光学素子７ａの領域１２ａからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部２６ｉで受光される。光スポット２７ｆは、回折光学素子７ａの領域１２ｂからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部２６ｊで受光される。光スポット２７ｇは、回折光学素子７ａの領域１２ｃからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部２６ｋで受光される。光スポット２７ｈは、回折光学素子７ａの領域１２ｄからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部２６ｌで受光される。
ここで、受光部２６ａ〜２６ｌからの出力をそれぞれＶ２６ａ〜Ｖ２６ｌで表わす。このとき、フーコー法によるフォーカス誤差信号は、（Ｖ２６ａ＋Ｖ２６ｄ＋Ｖ２６ｅ＋Ｖ２６ｈ）−（Ｖ２６ｂ＋Ｖ２６ｃ＋Ｖ２６ｆ＋Ｖ２６ｇ）の演算から得られる。位相差法によるトラック誤差信号は、（Ｖ２６ｉ＋Ｖ２６ｌ）と（Ｖ２６ｊ＋Ｖ２６ｋ）との位相差から得られる。プッシュプル法によるトラック誤差信号は、（Ｖ２６ｉ＋Ｖ２６ｊ）−（Ｖ２６ｋ＋Ｖ２６ｌ）の演算から得られる。また、ディスク６に記録されたＲＦ信号は、（Ｖ２６ｉ＋Ｖ２６ｊ＋Ｖ２６ｋ＋Ｖ２６ｌ）の演算から得られる。
図５に、本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態を用いて検出されるフォーカス誤差信号の計算例を示す。計算に用いた条件は、半導体レーザ１の波長が４０５ｎｍ、対物レンズ５の開口数が０．６５、検出光学系の倍率（凸レンズ８の焦点距離と対物レンズ５の焦点距離との比）が１０、光検出器９ａの受光部２６ａ〜２６ｈの大きさが７０μｍ×３５μｍである。波長４０５ｎｍかつ開口数０．６５は、ＨＤ ＤＶＤの条件に相当する。図の横軸はディスク６のデフォーカス量であり、ディスク６が対物レンズ５から遠い場合を負、ディスク６が対物レンズ５に近い場合を正と定義している。図の縦軸はデフォーカス０μｍにおける和信号のレベルで規格化した信号である。
図５に示すフォーカス誤差信号は、−９．４μｍ付近のデフォーカス位置では＋０．０５程度しかＤＣ成分を有さず、＋９．４μｍ付近のデフォーカス位置では−０．０５程度しかＤＣ成分を有しない。この場合、二層のＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭにおけるフォーカス誤差信号には、一層目のジャストフォーカス位置では＋０．０５程度しかオフセットが発生せず、二層目のジャストフォーカス位置では−０．０５程度しかオフセットが発生しない。このため、一層目及び二層目のいずれに対しても正しくフォーカスサーボをかけることができるので、高品質なＲＦ信号が得られる。
図６に、ディスク６のデフォーカス量が変化した場合の、光検出器９ａの受光部のパタンと光検出器９ａ上の光スポットの配置の変化とを示す。図の（ａ）はディスク６が対物レンズ５から遠い場合、図の（ｂ）はディスク６がジャストフォーカス位置にある場合、図の（ｃ）はディスク６が対物レンズ５に近い場合に対応している。光スポット２７ａ〜２７ｈは、ディスク６がジャストフォーカス位置にある場合は点状になるが、ディスク６が対物レンズ５から遠い場合又は対物レンズ５に近い場合は四半円状になる。
ディスク６が対物レンズ５から遠い場合、光スポット２７ａは主として受光部２６ｂで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部２６ｂの下側及び受光部２６ｄへはみ出し、一部分のみが受光部２６ｂ内に留まる。光スポット２７ｂは主として受光部２６ｃで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部２６ｃの上側及び受光部２６ｅへはみ出し、一部分のみが受光部２６ｃ内に留まる。光スポット２７ｃは主として受光部２６ｆで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部２６ｆの下側及び受光部２６ｄへはみ出し、一部分のみが受光部２６ｆ内に留まる。光スポット２７ｄは主として受光部２６ｇで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部２６ｇの上側及び受光部２６ｅへはみ出し、一部分のみが受光部２６ｇ内に留まる。受光部２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇで受光される光と受光部２６ｄ，２６ｅで受光される光とは、フォーカス誤差信号に対して互いに逆の極性で寄与する。なぜなら、フォーカス誤差信号は（Ｖ２６ａ＋Ｖ２６ｄ＋Ｖ２６ｅ＋Ｖ２６ｈ）−（Ｖ２６ｂ＋Ｖ２６ｃ＋Ｖ２６ｆ＋Ｖ２６ｇ）で与えられるからである。このため、デフォーカス量が負の場合、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなるとほとんどＤＣ成分を有しないことになる。
一方、ディスク６が対物レンズ５に近い場合、光スポット２７ａは主として受光部２６ａで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部２６ａの上側及び左側へはみ出し、一部分のみが受光部２６ａ内に留まる。光スポット２７ｂは主として受光部２６ｄで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部２６ｄの下側及び受光部２６ｂへはみ出し、一部分のみが受光部２６ｄ内に留まる。光スポット２７ｃは主として受光部２６ｅで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部２６ｅの上側及び受光部２６ｇへはみ出し、一部分のみが受光部２６ｅ内に留まる。光スポット２７ｄは主として受光部２６ｈで受光され、デフォーカス量の絶対値が大きくなると多くの部分は受光部２６ｈの下側及び右側へはみ出し、一部分のみが受光部２６ｈ内に留まる。受光部２６ａ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｈで受光される光と受光部２６ｂ，２６ｇで受光される光とは、フォーカス誤差信号に対して互いに逆の極性で寄与する。このため、デフォーカス量が正の場合、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなるとほとんどＤＣ成分を有しないことになる。
本発明に係る光ヘッド装置の第二実施形態は、第一実施形態における回折光学素子７ａを回折光学素子７ｂに置き換えたものである。図７は回折光学素子７ｂの平面図である。回折光学素子７ｂは、入射光の光軸を通りディスク６の半径方向に平行な直線と、入射光の光軸を通りディスク６の接線方向に平行な直線とによって、領域１２ｅ〜１２ｈの四つに分割された回折格子が形成された構成である。回折格子の方向はいずれもディスク６の接線方向に平行であり、回折格子のパタンはいずれも等ピッチの直線状である。回折格子のピッチは、領域１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈの順に広くなる。なお、図中に点線で示す円５ａは対物レンズ５の有効径に相当する。
本実施形態における回折光学素子７ｂの断面図は、図３に示すものと同じである。回折光学素子７ｂの領域１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈに入射した光は、いずれも−１次回折光として４０．５％が回折され、＋１次回折光として４０．５％が回折される。
本実施形態における光検出器９ａの受光部のパタンと光検出器９ａ上の光スポットの配置とは、図４に示すものと同じである。光スポット２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄは、それぞれ回折光学素子７ｂの領域１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈからの−１次回折光に相当する。光スポット２７ｅ，２７ｆ，２７ｇ，２７ｈは、それぞれ回折光学素子７ｂの領域１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈからの＋１次回折光に相当する。
本実施形態においては、第一実施形態において図４を参照して説明した方法と同様の方法により、フーコー法によるフォーカス誤差信号、位相差法によるトラック誤差信号、プッシュプル法によるトラック誤差信号、及びディスク６に記録されたＲＦ信号が得られる。
本実施形態を用いて検出されるフォーカス誤差信号の計算例は図５に示すものとほぼ同じであり、−９．４μｍ付近のデフォーカス位置、＋９．４μｍ付近のデフォーカス位置ではほとんどＤＣ成分を有しない。この場合、二層のＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭにおけるフォーカス誤差信号には、一層目のジャストフォーカス位置及び二層目のジャストフォーカス位置ではほとんどオフセットが発生しない。このため、一層目及び二層目のいずれに対しても正しくフォーカスサーボをかけることができるので、高品質なＲＦ信号が得られる。
本実施形態においては、第一実施形態において図６を参照して説明した原理と同様の原理により、デフォーカス量が負の場合、デフォーカス量が正の場合のいずれも、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなるとほとんどＤＣ成分を有しないことになる。
本発明に係る光ヘッド装置の第三実施形態は、第一実施形態における回折光学素子７ａを回折光学素子７ｃに置き換えたものである。回折光学素子７ｃの平面図は、図２に示すものと同じである。
図８は回折光学素子７ｃの断面図である。回折光学素子７ｃは、基板１３上に回折格子１４ｂが形成された構成である。ディスク６からの反射光は、回折光学素子７ｃに入射光１５として入射し、−１次回折光１６ｂ及び＋１次回折光１７ｂとして回折されて光検出器９ａで受光される。回折格子１４ｂの断面形状は４レベルの階段状である。ここで、回折格子１４ｂのピッチをＰとし、１段目〜４段目の幅をそれぞれＰ／２−Ｗ，Ｗ，Ｐ／２−Ｗ，Ｗ（ただしＷ／Ｐ＝０．１３５）とする。また、回折格子１４ｂの１段目〜４段目の高さをそれぞれ０，Ｈ／４，Ｈ／２，３Ｈ／４とし、Ｈ＝λ／（ｎ−１）（ただしλは入射光１５の波長、ｎは回折格子１４ｂの屈折率）とする。このとき、−１次回折光の回折効率は１０％となり、＋１次回折光の回折効率は７１％となる。すなわち、回折光学素子７ｃの領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに入射した光は、いずれも−１次回折光として１０％が回折され、＋１次回折光として７１％が回折される。Ｗ／Ｐの値を変化させれば、−１次回折光の回折効率と＋１次回折光の回折効率との比を変化させることができる。
本実施形態における光検出器９ａの受光部のパタンと光検出器９ａ上の光スポットの配置は、図４に示すものと同じである。
本実施形態においては、第一実施形態において図４を参照して説明した方法と同様の方法により、フーコー法によるフォーカス誤差信号、位相差法によるトラック誤差信号、プッシュプル法によるトラック誤差信号、及びディスク６に記録されたＲＦ信号が得られる。本実施形態においては、フォーカス誤差信号の検出に用いられる光の光量に比べてトラック誤差信号、ＲＦ信号の検出に用いられる光の光量が大きいため、ＲＦ信号に関して高い信号対雑音比を得ることができる。
本実施形態を用いて検出されるフォーカス誤差信号の計算例は図５に示すものと同じであり、−９．４μｍ付近のデフォーカス位置、＋９．４μｍ付近のデフォーカス位置ではほとんどＤＣ成分を有しない。この場合、二層のＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭにおけるフォーカス誤差信号には、一層目のジャストフォーカス位置、二層目のジャストフォーカス位置ではほとんどオフセットが発生しない。このため、一層目及び二層目のいずれに対しても正しくフォーカスサーボをかけることができるので、高品質なＲＦ信号が得られる。
本実施形態においては、第一実施形態において図６を参照して説明した原理と同様の原理により、デフォーカス量が負の場合及びデフォーカス量が正の場合のいずれも、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなるとほとんどＤＣ成分を有しないことになる。
本発明に係る光ヘッド装置実施形態としては、第一実施形態における回折光学素子７ａを、平面図が図７に示すものと同じであり、断面図が図８に示すものと同じであるような回折光学素子７ｄ（図示せず）に置き換えた形態も考えられる。
図９に、本発明に係る光ヘッド装置の第四実施形態を示す。本実施形態は、第一実施形態におけるコリメータレンズ２と偏光ビームスプリッタ３との間に回折光学素子１０を挿入するとともに、光検出器９ａを光検出器９ｂに置き換えたものである。半導体レーザ１からの出射光は、コリメータレンズ２で平行光化され、回折光学素子１０によってメインビームである０次光と二つのサブビームである±１次回折光との合計三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３にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、１／４波長板４を透過して直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ５でディスク６上に集光される。ディスク６からの三つの反射光は、対物レンズ５を逆向きに透過し、１／４波長板４を透過することにより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３にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射され、回折光学素子７ａで回折され、凸レンズ８を透過して光検出器９ｂで受光される。
本実施形態における回折光学素子７ａの平面図は図２に示すものと同じである。また、本実施形態における回折光学素子７ａの断面図は図３に示すものと同じである。
図１０に、光検出器９ｂの受光部のパタンと光検出器９ｂ上の光スポットとの配置を示す。光スポット２９ａは、回折光学素子１０からの０次光のうち回折光学素子７ａの領域１２ａからの−１次回折光に相当し、ディスク６の半径方向に平行な分割線で二つに分割された受光部２８ａ，２８ｂで受光される。光スポット２９ｂは、回折光学素子１０からの０次光のうち回折光学素子７ａの領域１２ｂからの−１次回折光に相当し、ディスク６の半径方向に平行な分割線で二つに分割された受光部２８ｃ，２８ｄで受光される。光スポット２９ｃは、回折光学素子１０からの０次光のうち回折光学素子７ａの領域１２ｃからの−１次回折光に相当し、ディスク６の半径方向に平行な分割線で二つに分割された受光部２８ｅ，２８ｆで受光される。光スポット２９ｄは、回折光学素子１０からの０次光のうち回折光学素子７ａの領域１２ｄからの−１次回折光に相当し、ディスク６の半径方向に平行な分割線で二つに分割された受光部２８ｇ，２８ｈで受光される。光スポット２９ｅは、回折光学素子１０からの０次光のうち回折光学素子７ａの領域１２ａからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部２８ｉで受光される。光スポット２９ｆは、回折光学素子１０からの０次光のうち回折光学素子７ａの領域１２ｂからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部２８ｊで受光される。光スポット２９ｇは、回折光学素子１０からの０次光のうち回折光学素子７ａの領域１２ｃからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部２８ｋで受光される。光スポット２９ｈは、回折光学素子１０からの０次光のうち回折光学素子７ａの領域１２ｄからの＋１次回折光に相当し、単一の受光部２８ｌで受光される。
光スポット２９ｉ，２９ｊ，２９ｋ，２９ｌは、回折光学素子１０からの−１次回折光のうちそれぞれ回折光学素子７ａの領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからの−１次回折光に相当し、単一の受光部２８ｍで受光される。光スポット２９ｍ，２９ｎ，２９ｏ，２９ｐは、回折光学素子１０からの＋１次回折光のうちそれぞれ回折光学素子７ａの領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからの−１次回折光に相当し、単一の受光部２８ｎで受光される。光スポット２９ｑ，２９ｒ，２９ｓ，２９ｔは、回折光学素子１０からの−１次回折光のうちそれぞれ回折光学素子７ａの領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからの＋１次回折光に相当し、それぞれ単一の受光部２８ｏ，２８ｐ，２８ｑ，２８ｒで受光される。光スポット２９ｕ，２９ｖ，２９ｗ，２９ｘは、回折光学素子１０からの＋１次回折光のうちそれぞれ回折光学素子７ａの領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからの＋１次回折光に相当し、それぞれ単一の受光部２８ｓ，２８ｔ，２８ｕ，２８ｖで受光される。
ここで、受光部２８ａ〜２８ｖからの出力をそれぞれＶ２８ａ〜Ｖ２８ｖで表わす。このとき、フーコー法によるフォーカス誤差信号は、（Ｖ２８ａ＋Ｖ２８ｄ＋Ｖ２８ｅ＋Ｖ２８ｈ）−（Ｖ２８ｂ＋Ｖ２８ｃ＋Ｖ２８ｆ＋Ｖ２８ｇ）の演算から得られる。位相差法によるトラック誤差信号は、（Ｖ２８ｉ＋Ｖ２８ｌ）と（Ｖ２８ｊ＋Ｖ２８ｋ）の位相差から得られる。プッシュプル法によるトラック誤差信号は、｛（Ｖ２８ｉ＋Ｖ２８ｊ）−（Ｖ２８ｋ＋Ｖ２８ｌ）｝−Ｋ｛（Ｖ２８ｏ＋Ｖ２８ｐ＋Ｖ２８ｓ＋Ｖ２８ｔ）−（Ｖ２８ｑ＋Ｖ２８ｒ＋Ｖ２８ｕ＋Ｖ２８ｖ）｝（Ｋは定数）の演算から得られる。また、ディスク６に記録されたＲＦ信号は、（Ｖ２８ｉ＋Ｖ２８ｊ＋Ｖ２８ｋ＋Ｖ２８ｌ）の演算から得られる。本実施形態においては、メインビームのプッシュプル信号とサブビームのプッシュプル信号との差をプッシュプル法によるトラック誤差信号とする差動プッシュプル法を用いるため、対物レンズ５がディスク６の半径方向へシフトしてもトラック誤差信号にオフセットが発生しない。
本実施形態を用いて検出されるフォーカス誤差信号の計算例は図５に示すものと同じであり、−９．４μｍ付近のデフォーカス位置及び＋９．４μｍ付近のデフォーカス位置ではほとんどＤＣ成分を有しない。この場合、二層のＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭにおけるフォーカス誤差信号には、一層目のジャストフォーカス位置及び二層目のジャストフォーカス位置ではほとんどオフセットが発生しない。このため、一層目及び二層目のいずれに対しても正しくフォーカスサーボをかけることができるので、高品質なＲＦ信号が得られる。
本実施形態においては、第一実施形態において図６を参照して説明した原理と同様の原理により、デフォーカス量が負の場合及びデフォーカス量が正の場合のいずれも、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなるとほとんどＤＣ成分を有しないことになる。
本発明に係る光ヘッド装置の他の実施形態としては、第四実施形態における回折光学素子７ａを回折光学素子７ｂ，７ｃ，７ｄに置き換えた形態も考えられる。
図１１に、本発明に係る光ヘッド装置の第五実施形態を示す。本実施形態は、第一実施形態において偏光ビームスプリッタ３と凸レンズ８との間に設けられた回折光学素子７ａを、偏光ビームスプリッタ３と１／４波長板４との間に設けられた回折光学素子１１ａに置き換えたものである。半導体レーザ１からの出射光は、コリメータレンズ２で平行光化され、偏光ビームスプリッタ３にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、回折光学素子１１ａを透過し、１／４波長板４を透過して直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ５でディスク６上に集光される。ディスク６からの反射光は、対物レンズ５を逆向きに透過し、１／４波長板４を透過することにより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、回折光学素子１１ａで回折され、偏光ビームスプリッタ３にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射され、凸レンズ８を透過して光検出器９ａで受光される。回折光学素子１１ａの平面図は図２に示すものと同じである。
図１２は回折光学素子１１ａの断面図である。回折光学素子１１ａは、基板１８ａ上に複屈折性を有する回折格子１９ａが形成され、それが充填剤２０ａで埋められ、その上に基板１８ｂが重ねられた構成である。回折格子１９ａとしては、結晶を用いることもできるし液晶高分子等を用いることもできる。回折光学素子１１ａは、入射光のうち特定の方向の偏光成分を透過させ、特定の方向と直交する方向の偏光成分を回折させる働きをする。半導体レーザ１からの出射光は、回折光学素子１１ａに入射光２１として入射する。この光は、偏光方向が特定の方向と一致しているため、０次光２２として透過してディスク６へ向かう。一方、ディスク６からの反射光は、回折光学素子１１ａに入射光２３として入射する。この光は、偏光方向が特定の方向と直交する方向と一致しているため、−１次回折光２４ａ及び＋１次回折光２５ａとして回折されて光検出器９ａで受光される。
回折格子１９ａの断面形状は矩形状である。ここで、回折格子１９ａのピッチをＰとし、ライン部及びスペース部の幅をともにＰ／２とする。また、回折格子１９ａの高さをＨ／２とし、Ｈ＝λ／（ｎＤ−ｎＦ）（ただしλは入射光２１，２３の波長、ｎＤは入射光２３の偏光方向に対する回折格子１９ａの屈折率、ｎＦは充填剤２０ａの屈折率）とする。なお、入射光２１の偏光方向に対する回折格子１９ａの屈折率はｎＦである。このとき、入射光２１に対する０次光の透過率は１００％となる。また、入射光２３に対する−１次回折光の回折効率及び＋１次回折光の回折効率は、ともに４０．５％となる。すなわち、往路において回折光学素子１１ａの領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに入射した光は、いずれも０次光として１００％が透過する。また、復路において回折光学素子１１ａの領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに入射した光は、いずれも−１次回折光として４０．５％が回折され、＋１次回折光として４０．５％が回折される。
本実施形態における光検出器９ａの受光部のパタンと光検出器９ａ上の光スポットとの配置は、図４に示すものと同じである。
本実施形態においては、第一実施形態において図４を参照して説明した方法と同様の方法により、フーコー法によるフォーカス誤差信号、位相差法によるトラック誤差信号、プッシュプル法によるトラック誤差信号、及びディスク６に記録されたＲＦ信号が得られる。本実施形態においては、回折光学素子１１ａ及び１／４波長板４を対物レンズ５とともに図示しないアクチュエータに搭載して一体で駆動すれば、対物レンズ５がディスク６の半径方向へシフトしてもトラック誤差信号にほとんどオフセットが発生しない。
本実施形態を用いて検出されるフォーカス誤差信号の計算例は図５に示すものと同じであり、−９．４μｍ付近のデフォーカス位置及び＋９．４μｍ付近のデフォーカス位置ではほとんどＤＣ成分を有しない。この場合、二層のＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭにおけるフォーカス誤差信号には、一層目のジャストフォーカス位置及び二層目のジャストフォーカス位置ではほとんどオフセットが発生しない。このため、一層目及び二層目のいずれに対しても正しくフォーカスサーボをかけることができるので、高品質なＲＦ信号が得られる。
本実施形態においては、第一実施形態において図６を参照して説明した原理と同様の原理により、デフォーカス量が負の場合及びデフォーカス量が正の場合のいずれも、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなるとほとんどＤＣ成分を有しないことになる。
本発明に係る光ヘッド装置の他の実施形態としては、第五実施形態における回折光学素子１１ａを、平面図が図７に示すものと同じであり、断面図が図１２に示すものと同じであるような回折光学素子１１ｂ（図示せず）に置き換えた形態も考えられる。
本発明に係る光ヘッド装置の第六実施形態は、第五実施形態における回折光学素子１１ａを回折光学素子１１ｃに置き換えたものである。回折光学素子１１ｃの平面図は図２に示すものと同じである。
図１３は回折光学素子１１ｃの断面図である。回折光学素子１１ｃは、基板１８ａ上に複屈折性を有する回折格子１９ｂが形成され、それが充填剤２０ｂで埋められ、その上に基板１８ｂが重ねられた構成である。回折格子１９ｂとしては、結晶を用いることもできるし液晶高分子等を用いることもできる。回折光学素子１１ｃは、入射光のうち特定の方向の偏光成分を透過させ、特定の方向と直交する方向の偏光成分を回折させる働きをする。半導体レーザ１からの出射光は、回折光学素子１１ｃに入射光２１として入射する。この光は、偏光方向が特定の方向と一致しているため、０次光２２として透過してディスク６へ向かう。一方、ディスク６からの反射光は、回折光学素子１１ｃに入射光２３として入射する。この光は、偏光方向が特定の方向と直交する方向と一致しているため、−１次回折光２４ｂ及び＋１次回折光２５ｂとして回折されて光検出器９ａで受光される。
回折格子１９ｂの断面形状は４レベルの階段状である。ここで、回折格子１９ｂのピッチをＰとし、１段目〜４段目の幅をそれぞれＰ／２−Ｗ，Ｗ，Ｐ／２−Ｗ，Ｗ（ただしＷ／Ｐ＝０．１３５）とする。また、回折格子１９ｂの１段目〜４段目の高さをそれぞれ０，Ｈ／４，Ｈ／２，３Ｈ／４とし、Ｈ＝λ／（ｎＤ−ｎＦ）（ただしλは入射光２１，２３の波長、ｎＤは入射光２３の偏光方向に対する回折格子１９ｂの屈折率、ｎＦは充填剤２０ｂの屈折率）とする。なお、入射光２１の偏光方向に対する回折格子１９ｂの屈折率はｎＦである。このとき、入射光２１に対する０次光の透過率は１００％となる。また、入射光２３に対する−１次回折光の回折効率は１０％となり、＋１次回折光の回折効率は７１％となる。すなわち、往路において回折光学素子１１ｃの領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに入射した光は、いずれも０次光として１００％が透過する。また、復路において回折光学素子１１ｃの領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに入射した光は、いずれも−１次回折光として１０％が回折され、＋１次回折光として７１％が回折される。Ｗ／Ｐの値を変化させれば、−１次回折光の回折効率と＋１次回折光の回折効率との比を変化させることができる。
本実施形態における光検出器９ａの受光部のパタンと光検出器９ａ上の光スポットの配置とは、図４に示すものと同じである。
本実施形態においては、第一実施形態において図４を参照して説明した方法と同様の方法により、フーコー法によるフォーカス誤差信号、位相差法によるトラック誤差信号、プッシュプル法によるトラック誤差信号、及びディスク６に記録されたＲＦ信号が得られる。本実施形態においては、フォーカス誤差信号の検出に用いられる光の光量に比べて、トラック誤差信号及びＲＦ信号の検出に用いられる光の光量が大きいため、ＲＦ信号に関して高い信号対雑音比を得ることができる。また、本実施形態においては、回折光学素子１１ｃ及び１／４波長板４を対物レンズ５とともに図示しないアクチュエータに搭載して一体で駆動すれば、対物レンズ５がディスク６の半径方向へシフトしてもトラック誤差信号にほとんどオフセットが発生しない。
本実施形態を用いて検出されるフォーカス誤差信号の計算例は図５に示すものと同じであり、−９．４μｍ付近のデフォーカス位置及び＋９．４μｍ付近のデフォーカス位置ではほとんどＤＣ成分を有しない。この場合、二層のＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭにおけるフォーカス誤差信号には、一層目のジャストフォーカス位置及び二層目のジャストフォーカス位置ではほとんどオフセットが発生しない。このため、一層目及び二層目のいずれに対しても正しくフォーカスサーボをかけることができるので、高品質なＲＦ信号が得られる。
本実施形態においては、第一実施形態において図６を参照して説明した原理と同様の原理により、デフォーカス量が負の場合及びデフォーカス量が正の場合のいずれも、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなるとほとんどＤＣ成分を有しないことになる。
本発明に係る光ヘッド装置の他の実施形態としては、第五実施形態における回折光学素子１１ａを、平面図が図７に示すものと同じであり、断面図が図１３に示すものと同じであるような回折光学素子１１ｄ（図示せず）に置き換えた形態も考えられる。
図１４に、本発明に係る光ヘッド装置の第七実施形態を示す。本実施形態は、第五実施形態におけるコリメータレンズ２と偏光ビームスプリッタ３との間に回折光学素子１０を挿入するとともに、光検出器９ａを光検出器９ｂに置き換えたものである。半導体レーザ１からの出射光は、コリメータレンズ２で平行光化され、回折光学素子１０によってメインビームである０次光と二つのサブビームである±１次回折光との合計三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３にＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過し、回折光学素子１１ａを透過し、１／４波長板４を透過して直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ５でディスク６上に集光される。ディスク６からの三つの反射光は、対物レンズ５を逆向きに透過し、１／４波長板４を透過することにより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、回折光学素子１１ａで回折され、偏光ビームスプリッタ３にＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射され、凸レンズ８を透過して光検出器９ｂで受光される。
本実施形態における回折光学素子１１ａの平面図は図２に示すものと同じである。また、本実施形態における回折光学素子１１ａの断面図は図１２に示すものと同じである。本実施形態における光検出器９ｂの受光部のパタンと光検出器９ｂ上の光スポットの配置とは、図１０に示すものと同じである。
本実施形態においては、第四実施形態において図１０を参照して説明した方法と同様の方法により、フーコー法によるフォーカス誤差信号、位相差法によるトラック誤差信号、プッシュプル法によるトラック誤差信号、及びディスク６に記録されたＲＦ信号が得られる。本実施形態においては、回折光学素子１１ａ、１／４波長板４を対物レンズ５とともに図示しないアクチュエータに搭載して一体で駆動すれば、対物レンズ５がディスク６の半径方向へシフトしてもトラック誤差信号にほとんどオフセットが発生しない。更に、本実施形態においては、メインビームのプッシュプル信号とサブビームのプッシュプル信号との差をプッシュプル法によるトラック誤差信号とする差動プッシュプル法を用いるため、対物レンズ５がディスク６の半径方向へシフトしてもトラック誤差信号にオフセットが発生しない。
本実施形態を用いて検出されるフォーカス誤差信号の計算例は図５に示すものと同じであり、−９．４μｍ付近のデフォーカス位置及び＋９．４μｍ付近のデフォーカス位置ではほとんどＤＣ成分を有しない。この場合、二層のＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭにおけるフォーカス誤差信号には、一層目のジャストフォーカス位置及び二層目のジャストフォーカス位置ではほとんどオフセットが発生しない。このため、一層目及び二層目のいずれに対しても正しくフォーカスサーボをかけることができるので、高品質なＲＦ信号が得られる。
本実施形態においては、第一実施形態において図６を参照して説明した原理と同様の原理により、デフォーカス量が負の場合及びデフォーカス量が正の場合のいずれも、フォーカス誤差信号はデフォーカス量の絶対値が大きくなるとほとんどＤＣ成分を有しないことになる。
本発明に係る光ヘッド装置の他の実施形態としては、第七実施形態における回折光学素子１１ａを回折光学素子１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに置き換えた形態も考えられる。
図１５に、本発明に係る光学式情報記録再生装置の第一実施形態を示す。本実施形態は、本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態に、コントローラ３２、変調回路３３、記録信号生成回路３４、半導体レーザ駆動回路３５、増幅回路３６、再生信号処理回路３７、復調回路３８、誤差信号生成回路３９及び対物レンズ駆動回路４０を付加したものである。
変調回路３３は、ディスク６へ記録すべきデータを変調規則に従って変調する。記録信号生成回路３４は、変調回路３３で変調された信号を基に、記録ストラテジに従って半導体レーザ１を駆動するための記録信号を生成する。半導体レーザ駆動回路３５は、記録信号生成回路３４で生成された記録信号を基に、半導体レーザ１へ記録信号に応じた電流を供給して半導体レーザ１を駆動する。これによりディスク６へのデータの記録が行われる。
増幅回路３６は、光検出器９ａの各受光部からの出力を増幅する。再生信号処理回路３７は、増幅回路３６で増幅された信号を基に、ＲＦ信号の生成、波形等化及び二値化を行う。復調回路３８は、再生信号処理回路３７で二値化された信号を復調規則に従って復調する。これによりディスク６からのデータの再生が行われる。
誤差信号生成回路３９は、増幅回路３６で増幅された信号を基に、フォーカス誤差信号及びトラック誤差信号の生成を行う。対物レンズ駆動回路４０は、誤差信号生成回路３９で生成された誤差信号を基に、対物レンズ５を駆動する図示しないアクチュエータへ誤差信号に応じた電流を供給して対物レンズ５を駆動する。
更に、ディスク６を除く光学系は図示しないポジショナによりディスク６の半径方向へ駆動され、ディスク６は図示しないスピンドルにより回転駆動される。これによりフォーカス、トラック、ポジショナ及びスピンドルのサーボが行われる。
変調回路３３から半導体レーザ駆動回路３５までのデータの記録に関わる回路、増幅回路３６から復調回路３８までのデータの再生に関わる回路、増幅回路３６から対物レンズ駆動回路４０までのサーボに関わる回路は、コントローラ３２によって制御される。
本実施形態は、ディスク６に対して記録及び再生を行う記録再生装置である。これに対し、本発明に係る光学式情報記録再生装置の他の実施形態としては、ディスク６に対して再生のみを行う再生専用装置も考えられる。この場合、半導体レーザ１は、半導体レーザ駆動回路３５により記録信号に基づいて駆動されるのではなく、出射光のパワーが一定の値になるように駆動される。
本発明に係る光学式情報記録再生装置の他の実施形態としては、本発明に係る光ヘッド装置の第二〜第七実施形態に、コントローラ、変調回路、記録信号生成回路、半導体レーザ駆動回路、増幅回路、再生信号処理回路、復調回路、誤差信号生成回路、対物レンズ駆動回路を付加した形態も考えられる。
本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態を示す図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態における回折光学素子の平面図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態における回折光学素子の断面図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態における、光検出器の受光部のパタンと光検出器上の光スポットの配置を示す図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態を用いて検出されるフォーカス誤差信号の計算例を示す図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態における、ディスクのデフォーカス量が変化した場合の、光検出器の受光部のパタンと光検出器上の光スポットの配置との変化を示す図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第二実施形態における回折光学素子の平面図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第三実施形態における回折光学素子の断面図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第四実施形態を示す図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第四実施形態における、光検出器の受光部のパタンと光検出器上の光スポットとの配置を示す図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第五実施形態を示す図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第五実施形態における回折光学素子の断面図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第六実施形態における回折光学素子の断面図である。 本発明に係る光ヘッド装置の第七実施形態を示す図である。 本発明に係る光学式情報記録再生装置実施形態を示す図である。 従来の光ヘッド装置を示す図である。 従来の光ヘッド装置における回折光学素子の平面図である。 従来の光ヘッド装置における、光検出器の受光部のパタンと光検出器上の光スポットの配置を示す図である。 従来の光ヘッド装置を用いて検出されるフォーカス誤差信号の計算例を示す図である。 従来の光ヘッド装置における、ディスクのデフォーカス量が変化した場合の、光検出器の受光部のパタンと光検出器上の光スポットの配置との変化を示す図である。
符号の説明
１ 半導体レーザ
２ コリメータレンズ
３ 偏光ビームスプリッタ
４ １／４波長板
５ 対物レンズ
６ ディスク（光記録媒体）
７ａ〜７ｅ 回折光学素子
８ 凸レンズ
９ａ〜９ｃ 光検出器
１０ 回折光学素子
１１ａ〜１１ｄ 回折光学素子
１２ａ〜１２ｌ 領域（回折領域）
１３ 基板
１４ａ、１４ｂ 回折格子
１５ 入射光
１６ａ、１６ｂ −１次回折光
１７ａ、１７ｂ ＋１次回折光
１８ａ、１８ｂ 基板
１９ａ、１９ｂ 回折格子
２０ａ、２０ｂ 充填剤
２１ 入射光
２２ ０次光
２３ 入射光
２４ａ、２４ｂ −１次回折光
２５ａ、２５ｂ ＋１次回折光
２６ａ〜２６ｈ 受光部（二分割受光部、正成分受光部、負成分受光部）
２６ｉ〜２６ｌ 受光部
２７ａ〜２７ｈ 光スポット
２８ａ〜２８ｈ 受光部（二分割受光部、正成分受光部、負成分受光部）
２８ｉ〜２８ｖ 受光部
２９ａ〜２９ｘ 光スポット
３０ａ〜３０ｈ 受光部
３１ａ〜３１ｈ 光スポット
３２ コントローラ
３３ 変調回路
３４ 記録信号生成回路
３５ 半導体レーザ駆動回路
３６ 増幅回路
３７ 再生信号処理回路
３８ 復調回路
３９ 誤差信号生成回路
４０ 対物レンズ駆動回路

Claims (8)

  1. 光源と、この光源からの出射光を円盤状の光記録媒体上に集光する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光の光路中に設けられ当該反射光から回折光を生成する回折光学素子と、この回折光学素子で生成された回折光を受光する光検出器とを備え、フーコー法によるフォーカス誤差信号並びに位相差法及びプッシュプル法によるトラック誤差信号を検出するために、同一の光検出器で受光する光ヘッド装置において、
    前記光記録媒体は少なくとも第一層及び第二層の信号層を有する光記録媒体を含み、前記光検出器は、前記回折光を受光してフォーカス誤差信号の正成分として出力する複数の正成分受光部と、前記回折光を受光して前記フォーカス誤差信号の負成分として出力する複数の負成分受光部とを有し、
    前記光記録媒体の有する信号層が、ジャストフォーカス位置に対して前記第一層と前記第二層との間隔に相当するデフォーカス量だけ前記対物レンズから遠い場合又は前記対物レンズに近い場合に、当該信号層からの反射光から生成された前記回折光が前記正成分受光部と前記負成分受光部とに広がるように、前記回折光の回折方向が設定され、かつ前記複数の正成分受光部及び前記複数の負成分受光部が配設され、
    前記回折光学素子は、前記反射光の光軸に垂直な面内で、当該光軸を通り前記光記録媒体の半径方向に対応する第一の直線と、当該光軸を通り前記光記録媒体の接線方向に対応する第二の直線とによって、四つの回折領域に分割され、前記四つの回折領域は、それぞれ前記反射光から特定次数の前記回折光を生成するものであり、
    前記光検出器は、前記第一の直線に平行な第三の直線によって前記正成分受光部と前記負成分受光部とに二分割された四つの二分割受光部を有し、
    前記四つの回折領域のうち前記第一の直線を挟んで一方の側に位置する二つの回折領域を第一及び第二の回折領域、他方の側に位置する二つの回折領域を第三及び第四の回折領域とし、前記四つの二分割受光部を第一乃至第四の二分割受光部としたとき、これらの四つの二分割受光部は、前記第三の直線に沿って前記第一の二分割受光部、前記第三の二分割受光部、前記第二の二分割受光部、前記第四の二分割受光部の順に設けられた、
    ことを特徴とする光ヘッド装置。
  2. 前記四つの回折領域には、それぞれ格子の方向が前記第二の直線に平行で、かつ格子のピッチが均一である直線状の回折格子が形成され、これらの回折格子の前記ピッチは、前記第一の回折領域、前記第三の回折領域、前記第二の回折領域、前記第四の回折領域の順に広く又は狭くなる、
    ことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
  3. 前記回折光学素子は、前記四つの回折領域において前記特定次数と異なる別の次数の回折光を前記反射光から更に生成し、
    前記光検出器は、トラック誤差信号及びＲＦ信号を検出するために前記別の次数の回折光を受光する四つの受光部を更に有する、
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の光ヘッド装置。
  4. 前記光検出器は、（前記第一の二分割受光部の正成分受光部の出力＋前記第三の二分割受光部の負成分受光部の出力＋前記第二の二分割受光部の正成分受光部の出力＋前記第四の二分割受光部の負成分受光部の出力）−（前記第一の二分割受光部の負成分受光部の出力＋前記第三の二分割受光部の正成分受光部の出力＋前記第二の二分割受光部の負成分受光部の出力＋前記第四の二分割受光部の正成分受光部の出力）の演算からフーコー法によるフォーカス誤差信号を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
  5. 前記光検出器は、前記別の次数の回折光を受光するための第五の受光部，第六の受光部，第七の受光部及び第八の受光部を有し、
    前記光検出器は、（前記第五の受光部の出力＋前記第八の受光部の出力）と（前記第六の受光部の出力＋前記第七の受光部の出力）との位相差から位相差によるトラック誤差信号を得るものであることを特徴とする請求項３記載の光ヘッド装置。
  6. 前記光検出器は、（前記第五の受光部の出力＋前記第六の受光部の出力）−（前記第七の受光部の出力＋前記第八の受光部の出力）の演算からプッシュプル法によるトラック誤差信号を得るものであることを特徴とする請求項５記載の光ヘッド装置。
  7. 請求項１又は２記載の光ヘッド装置と、前記光ヘッド装置に備えられた四つの二分割受光部からの出力信号に基づいて前記フォーカス誤差信号を生成する回路と、
    を備えたことを特徴とする光学式情報記録再生装置。
  8. 請求項３記載の光ヘッド装置と、前記光ヘッド装置に備えられた四つの二分割受光部からの出力信号に基づいて前記フォーカス誤差信号を生成する回路と、前記光ヘッド装置に備えられた四つの受光部からの出力信号に基づいて前記トラック誤差信号及び前記ＲＦ信号を生成する回路と、
    を備えたことを特徴とする光学式情報記録再生装置。
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