JPWO2008026506A1 - 光学ヘッドおよび光ディスク装置 - Google Patents

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Abstract

光ディスク上でのサブビームの光スポットに発生する収差の低減と、小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供する。３ビーム方式の光学ヘッドにおいて、赤外半導体レーザ及び赤色半導体レーザから出射された光を１つのメインビームと２つのサブビームとに分岐する回折素子１２が、２つのサブビームのうちの一方のサブビームと他方のサブビームに対して同一のレンズ作用を与えるように、一方のサブビームが通過する領域１２１と他方のサブビームが通過する領域１２２とで異なる格子パターンを有する。

Description

本発明は、光ディスクのような情報記録媒体に対して情報信号を記録および／または再生する際に用いられる光学ヘッド、およびかかる光学ヘッドを搭載した光ディスク装置に関する。
従来から、いわゆる３ビーム方式の光学ヘッドが知られている。図８は、従来の光学ヘッドの概略構成図である（例えば、特許文献１、２参照）。図８において、レーザ光源５１から出射されたレーザ光は、等ピッチの格子パターンが一様に形成された回折素子５２によって、回折されない０次光（以下、メインビームという）と、回折および偏向された２つの±１次光（以下、２つのサブビームという）とに分岐され、メインビームと２つのサブビームは、ビームスプリッタ５３を透過し、コリメートレンズ５４によって発散光から平行光に変えられ、対物レンズ５５によって光ディスク５７上に集光されて、１つのメインスポットと２つのサブスポットからなる３つのスポットが生成される。
図９は、図８に示す回折素子５２を備えた光学ヘッド５０を用いた場合の光ディスク５７上での３つのスポットの位置関係を示す模式図である。図９において、２つのサブスポット６３、６４は、それぞれ、メインスポット６２に対して、情報トラック６１に沿った方向で間隔Ｙだけ離れて配置され、また情報トラック６１とは垂直な径方向で１／２トラックピッチ（Ｔｐ／２）だけ内周方向と外周方向に離れて配置される。
光ディスク５７で反射されたメインビームと２つのサブビームは、対物レンズ５５、コリメートレンズ５４を再び透過し、ビームスプリッタ５３で反射され、検出レンズ５８によって受光素子５９上の異なる位置に設けられた３つの４分割光検出器にそれぞれ導かれる。
図１０は、図８に示す受光素子５９上の３つの４分割光検出器の構成を示す模式図である。図１０において、４分割光検出器７１はメインスポット６２を受けて、４分割光検出器７１により検出された信号は、情報信号を再生するために用いられる。また、２つの４分割光検出器７２、７３はそれぞれサブスポット６３、６４を受けて、２つの４分割光検出器７２、７３により検出された信号は、トラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号を生成するために用いられる。これらトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号とからそれぞれ生成されたトラッキングサーボ信号（ＴＳ）とフォーカスサーボ信号（ＦＳ）が、図８に示す対物レンズ５５を２軸駆動するアクチュエータ５６に供給され、光ディスク５７の情報トラックに対する光スポットのトラッキングサーボとフォーカスサーボが行われる。
しかしながら、上記従来の光学ヘッドでは、回折素子５２により分岐された２つのサブビームは、対物レンズ５５に対し軸外光になるため、光ディスク５７上のサブスポットはデフォーカス、非点収差、コマ収差等の収差を持った光スポットになる。ここで、光ディスク５７上の情報トラック６１に沿った方向における、メインスポットとサブスポットとの間隔Ｙ（図９）は、対物レンズ５５の焦点距離をｆと定義し、サブビームが対物レンズ５５に入射する角度をθと定義した場合、Ｙ＝ｆ×ｔａｎθで与えられる。メインスポットとサブスポットとの間隔Ｙは、受光素子５９上の３つの４分割光検出器７１、７２、７３でメインビームと２つのサブビームを分離して検出する必要があるため、光ディスク５７としてＤＶＤを用いた場合、概ね１５〜２５μｍに設定される。
上記間隔Ｙが一定であれば、対物レンズ５５の焦点距離ｆに反比例して対物レンズ５５へのサブビームの入射角度θは大きくなる。光学ヘッドを小型化、薄型化するためには、対物レンズ５５の焦点距離ｆを短くする必要があり、入射角度θは大きくなる。これにより、光ディスク５７上でのサブスポットは、さらに収差を持った光スポットになる。そのため、２つの４分割光検出器７２、７３でサブビームを受けて検出された信号から生成されるトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号の品質が低下し、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボが困難になる、という問題があった。
特許第３６６１６９４号公報 特開平１１−２５９９０６号公報
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光ディスク上のサブスポットに発生する収差の低減と、小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供するとともに、かかる光学ヘッドを搭載することにより、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現した光ディスク装置を提供することにある。
本発明の一局面に係る光学ヘッドは、光を出射する光源と、前記光源から出射された光を、回折されない主光束と回折および偏向された一対の副光束とに分岐する回折素子と、前記回折素子により分岐された前記主光束と前記一対の副光束を光ディスク上に集光させる対物レンズとを備え、前記回折素子は、前記一対の副光束のうちの一方の副光束と他方の副光束に対して同一のレンズ作用を与えるように前記一方の副光束が通過する領域と前記他方の副光束が通過する領域とで異なる格子パターンを有する。
この構成によれば、回折素子が、一方の副光束と他方の副光束に対して異なる格子パターンを通過させて同一のレンズ作用を与えるので、焦点距離の短い対物レンズを用いたとしても、光ディスク上に集光された一対の副光束の光スポットに発生する収差を補正することができる。これにより、光ディスク上のサブスポットに発生する収差の低減と、小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供することが可能になる。
本発明の他の局面に係る光ディスク装置は、光ディスクに対して情報信号の記録および／または再生を行う光ディスク装置であって、前記光ディスクを回転させるスピンドルモータと、本発明に係る光学ヘッドであり、前記光ディスクで反射された前記主光束と前記一対の副光束を受光してそれぞれの光束の光量に対応した電気信号に変換する受光素子と、前記光ディスクに対して前記対物レンズを上下方向および径方向に駆動するアクチュエータとを備えた光学ヘッドと、前記光学ヘッドの前記受光素子から受け取った電気信号からトラッキング誤差信号およびフォーカス誤差信号を生成する信号処理部と、前記スピンドルモータの駆動を制御するとともに、前記信号処理部から受け取った前記トラッキング誤差信号および前記フォーカス誤差信号に基づき、前記光学ヘッドの前記アクチュエータの駆動を制御して前記光ディスクに対するトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを行う制御部とを備える。
この構成によれば、前記光学ヘッドを用いることで、サブスポットに発生する収差を低減することができ、トラッキング誤差信号およびフォーカス誤差信号の品質を向上させることができるので、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現した光ディスク装置を提供することが可能になる。
本発明によれば、サブスポットの収差の低減と小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供するとともに、かかる光学ヘッドを搭載することにより、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現した光ディスク装置を提供することが可能になる。
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明の実施の形態１に係る光学ヘッドの概略構成図である。 図１の光学ヘッドにおける回折素子の格子パターンを示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る光学ヘッドにおける回折素子の格子パターンを示す平面図である。 実施の形態３に係る回折素子の格子パターンを形成する際の光学系配置を示す図である。 本実施の形態３における回折素子の格子パターンを示す平面図である。 １対のサブビームが重なる場合における回折素子の格子パターンを示す平面図である。 本発明の実施の形態４に係る光ディスク装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 従来の光学ヘッドの概略構成図である。 図８に示す回折素子を備えた光学ヘッドを用いた場合の光ディスク上での３つのスポットの位置関係を示す模式図である。 図９に示す受光素子上の３つの４分割光検出器の構成を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学ヘッドの概略構成を示す断面図である。図１において、本実施の形態１の光学ヘッドは、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）とＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）の両光ディスク１８に対応した３ビーム方式の光学ヘッド１であり、ＣＤ用光源としての赤外半導体レーザ１１と、赤外レーザビーム用の回折素子１２と、ビームスプリッタ１３と、コリメートレンズ１４と、立上げミラー１５と、光ディスク１８上にレーザビームを集光させる対物レンズ１６と、対物レンズ１６用のアクチュエータ１７と、ＤＶＤ用光源としての赤色半導体レーザ１９と、赤色レーザビーム用の回折素子２０と、ダイクロックミラー２１と、検出レンズ２２と、受光素子２３とから構成されている。なお、以下では、ＣＤとＤＶＤの両光ディスクに対して同一の符号１８を付して説明を行う。
赤外半導体レーザ１１から出射された波長帯域７８０ｎｍ〜８２０ｎｍの赤外レーザビームは、回折素子１２により、回折されない０次光であるメインビームと回折および偏向された±１次光である２つのサブビームとに分岐され、メインビームと２つのサブビームは、ビームスプリッタ１３で反射され、コリメートレンズ１４により発散光から平行光に変えられ、立上げミラー１５で反射されて上方へと進み、対物レンズ１６によりＣＤ１８上に集光され、図９に示すような情報トラックに対してメインスポットと２つのサブスポットが形成される。
ＣＤ１８で反射されたメインビームと２つのサブビームは、対物レンズ１６、立上げミラー１５、およびコリメートレンズ１４を経て、ビームスプリッタ１３およびダイクロックミラー２１を透過して、検出レンズ２２により受光素子２３上の、図１０に示すような３つの４分割光検出器へと分離および集光されて、３つの４分割光検出器により、メインビームと２つのサブビームのそれぞれの光量に対応した電気信号として検出される。
一方、赤色半導体レーザ１９から出射された波長帯域６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの赤色レーザビームは、回折素子２０により、回折されない０次光であるメインビームと回折および偏向された±１次光である２つのサブビームとに分岐され、メインビームと２つのサブビームは、ダイクロックミラー２１で反射され、ビームスプリッタ１３を透過し、コリメートレンズ１４により発散光から平行光に変えられ、立上げミラー１５で反射されて上方へと進み、対物レンズ１６によりＤＶＤ１８上に集光され、図９に示すような情報トラックに対してメインスポットと２つのサブスポットが形成される。
ＤＶＤ１８で反射されたメインビームと２つのサブビームは、対物レンズ１６、立上げミラー１５、およびコリメートレンズ１４を経て、ビームスプリッタ１３およびダイクロックミラー２１を透過して、検出レンズ２２により受光素子２３上の、図１０に示すような３つの４分割光検出器へと分離および集光されて、３つの４分割光検出器により、メインビームと２つのサブビームのそれぞれの光量に対応した電気信号として検出される。
図２は、本実施の形態１における回折素子１２、２０の格子パターンを示す平面図である。なお、以下では、赤外レーザビーム用の回折素子１２について説明するが、赤色レーザビーム用の回折素子２０についても、赤外レーザビーム用の回折素子１２と同様の格子パターンを有している。
図２において、回折素子１２は、ＣＤ１８の情報トラックの方向に対応した中央の分割線１２３により、第１の領域１２１と第２の領域１２２とに分割され、２つのサブビームのうち一方のサブビーム１２４ａが第１の領域１２１を通過し、他方のサブビーム１２４ｂが第２の領域１２２を通過するように、赤外半導体レーザ１１に近接して配置される。なお、符号１２５は、回折素子１２を通過するメインビームを示している。
回折素子１２の第１の領域１２１と第２の領域１２２は、一方のサブビーム１２４ａと他方のサブビーム１２４ｂとに同一の凹レンズ作用を与えるように、情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１２６と１２７に向かって格子ピッチＰが大きくなる（Ｐ１＜Ｐ２）とともに湾曲する格子パターンを有し、第１の領域１２１の格子パターンと第２の領域１２２の格子パターンとは、光軸（メインビーム１２５の中心軸）周りに回転対称である異なる形状を有する。
すなわち、回折素子１２は、ＣＤ１８の情報トラックに沿った方向に垂直に交わる方向に沿った回折素子１２の中央を通る直線で第１の領域１２１と第２の領域１２２とに分割され、第１の領域１２１の格子パターンと第２の領域１２２の格子パターンとは光軸周りに回転対称である。
ここで、情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１２６と１２７から中央の分割線１２３に向かって、格子パターンは、湾曲した形状から徐々に直線形状に近づいている。
以上のように、本実施の形態１によれば、回折素子１２、２０が、一方のサブビームと他方のサブビームに対して異なる格子パターンを通過させて同一の凹レンズ作用を与えるので、焦点距離の短い対物レンズ１６を用いたとしても、対物レンズの像面湾曲によるデフォーカスや非点収差等、ＣＤやＤＶＤなどの光ディスク１８上に集光された一対のサブビームの光スポットに発生する収差を補正することができる。これにより、サブスポットの収差の低減と小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供することが可能になる。
また、第１の領域１２１の格子パターンと第２の領域１２２の格子パターンとは光軸周りに回転対称であるので、一方のサブビームと他方のサブビームに対して同一のレンズ作用を与える異なる格子パターンを容易に形成することができる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２が、実施の形態１と相違するのは、２つのサブビームが回折素子を通過する領域および回折素子の構成であり、その他の構成は、実施の形態１と同じであるので、詳細な説明を省略する。以下では、実施の形態１との相違点について説明する。
図３は、本発明の実施の形態２に係る光学ヘッドにおける回折素子の格子パターンを示す平面図である。図３において、本実施の形態２の回折素子１２は、一方のサブビーム１２８ａと他方のサブビーム１２８ｂとが情報トラックに沿った方向に対応した中央部１２９で部分的に重なって通過するように、赤外半導体レーザ１１に近接して配置される。なお、赤外半導体レーザ１１と回折素子１２との間隔は、例えば１．０ｍｍ〜１．５ｍｍであり、実施の形態１のように、２つのサブビームを完全に分離する場合よりも、その間隔を大きくすることができる。
回折素子１２の中央部１２９は、一方のサブビーム１２８ａの一部および他方のサブビーム１２８ｂの一部をそれぞれ一方のサブビーム１２８ａの残部および他方のサブビーム１２８ｂの残部とは異なる方向に回折する、すなわち一方のサブビーム１２８ａと他方のサブビーム１２８ｂとが重なった部分については光ディスク１８上でのサブスポットの形成に関与しないように、より細かなピッチの格子、または、格子の延伸する方位を変えた格子パターンを有する。
すなわち、回折素子１２は、一方のサブビーム１２８ａと他方のサブビーム１２８ｂとがＣＤ１８の情報トラックに沿った方向に垂直に交わる方向に沿った回折素子１２の中央部１２９で部分的に重なって通過するように、赤外半導体レーザ１１に近接して配置され、一方のサブビーム１２８ａと他方のサブビーム１２８ｂとが部分的に重なる中央部１２９は、一方のサブビーム１２８ａの一部および他方のサブビーム１２８ｂの一部を、一方のサブビーム１２８ａの残部および他方のサブビーム１２８ｂの残部とはそれぞれ異なる方向に回折する格子パターンを有する。
ここで、仮に上記したような中央部１２９が存在せず、図２のような格子パターン上で２つのサブビームが重なっているとする。重なっている領域では、±１次回折光として２つのサブビームが生成されるが、±１次回折光に同一の凹レンズ作用を与えることは不可能なため、良好な収差補正ができなくなる。
一方、本実施の形態２によれば、中央部１２９を通過した２つのサブビームの一部を光ディスク１８上に集光させないようにすることで、実施の形態１に比べて、回折素子１２上で２つのサブビームの部分的重なりを許容することができる。そのため、回折素子１２と赤外半導体レーザ１１との間隔を大きくすることができ、通過するビーム径を大きくすることができるため、赤外半導体レーザ１１と回折素子１２との位置合わせ、および赤色半導体レーザ１９と回折素子２０との位置合わせを高精度で行う必要がなくなり、製造コストを下げることができる。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る光学ヘッドについて説明する。実施の形態１，２に係る光学ヘッドの回折素子は、光ディスクの情報トラックの方向に垂直に交わる方向に沿った回折素子の中央の分割線により、第１の領域と第２の領域とに分割され、第１の領域と第２の領域は、情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する格子パターンを有している。これに対し、実施の形態３に係る光学ヘッドの回折素子は、第１の領域と第２の領域とに分割されるのではなく、光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央付近に、情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子と、その直線格子に対して概ね線対称であり、光ディスクの情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子とを含む連続的な格子パターンを有している。
図４は、実施の形態３に係る回折素子の格子パターンを形成する際の光学系配置を示す図である。図４に示す２光束干渉光学系１４０は、２光束干渉により回折素子に干渉縞を形成する。２光束干渉光学系１４０は、第１の光源１４１、第２の光源１４２、回折素子１４３、コリメートレンズ１４４及び対物レンズ１４５を備える。回折素子１４３は、前述の光学系をコンピュータシミュレーション上で構築し、回折素子１４３上に干渉縞パターンを数値計算で発生させ、その干渉縞パターンをフォトマスクとして作成し、フォトリソグラフ等により、ガラス基板などの透明材料に回折格子を形成させることにより作成される。
第１の光源１４１は、光ディスク１４６までの距離が光学ヘッドの光源から光ディスクまでの距離と同じとなる位置に配置され、光学ヘッドと同じ波長、例えば、波長帯域７８０ｎｍ〜８２０ｎｍの赤外レーザビームを出射する。
第２の光源１４２は、一対のサブビームのうちの一方のサブビームの光ディスク１４６上の光スポットと共役となる位置に配置され、第１の光源１４１と同じ波長帯域の赤外レーザビームを出射する。また、第２の光源１４２は、第１の光源１４１から回折素子１４３の中心までの距離Ｄ１と、第２の光源１４２から回折素子１４３の中心までの距離Ｄ２とが略一致するように配置される。
なお、以下では、赤外レーザビーム用の回折素子１４３について説明するが、赤色レーザビーム用の回折素子についても、赤外レーザビーム用の回折素子１４３と同様の格子パターンを有している。赤色レーザビーム用の回折素子に格子パターンを形成する場合、第１の光源１４１及び第２の光源１４２はそれぞれ赤色レーザビームを出射する。
回折素子１４３は、一対のサブビームのそれぞれのサジタル光線の焦点位置と、メインビームのサジタル光線の焦点位置とを一致させるようなレンズ作用を備える格子パターンを有する。すなわち、回折素子１４３の格子パターンは、不図示の受光素子によって検出されるメインビームのプッシュプル信号の振幅のピーク値と１対のサブビームのプッシュプル信号の振幅のピーク値とが同じ焦点位置で一致するようなレンズ作用を備える。回折素子１４３は、第１の光源１４１と第２の光源１４２とから照射される光により干渉縞パターンが形成される。
コリメートレンズ１４４は、第１の光源１４１及び第２の光源１４２によって出射された光を発散光から平行光に変換する。対物レンズ１４５は、コリメートレンズ１４４を通過した光を光ディスク１４６上に集光する。
図５は、本実施の形態３における回折素子１４３の格子パターンを示す平面図である。なお、以下では、赤外レーザビーム用の回折素子１４３について説明するが、赤色レーザビーム用の回折素子についても、赤外レーザビーム用の回折素子１４３と同様の格子パターンを有している。
図５において、回折素子１４３は、光ディスク１４６の情報トラックに沿った方向に対応した中央付近に、情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子１５１と、直線格子１５１に対して概ね線対称であり、光ディスク１４６の情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１５５，１５６に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子１５２とを含む連続的な干渉縞パターンを有する。
なお、回折素子１４３は、２つのサブビームのうち一方のサブビーム１５３ａが直線格子１５１よりも下方を通過し、他方のサブビーム１５３ｂが直線格子１５１よりも上方を通過し、サブビーム１５３ａと１５３ｂとが重ならないように、第１の光源１４１に近接して配置される。なお、符号１５４は、回折素子１４３を通過するメインビームを示している。
回折素子１４３は、一方のサブビーム１５３ａと他方のサブビーム１５３ｂとに同一の凹レンズ作用を与えるように、中央部から情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１５５と１５６に向かって格子ピッチＰが大きくなる（Ｐ１＜Ｐ２）とともに湾曲する格子パターンを有する。
ここで、情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１５５と１５６から中央の直線格子１５１に向かって、格子パターンは、湾曲した形状から徐々に直線形状に近づいている。
２光束干渉の干渉縞パターンは、第１の光源１４１から回折素子１４３の中心点までの距離Ｄ１と、第２の光源１４２から回折素子１４３の中心点までの距離Ｄ２とが等しいとき、回折素子１４３の中央に直線状の干渉縞（直線格子１５１）が生じ、この直線格子の上下にはほぼ対称な円弧状の干渉縞が生じる。この距離Ｄ１とＤ２とに差が生じた場合、直線格子１５１が生じる位置は、回折素子１４３の中心から上下方向にずれることとなる。
このように、一対のサブビームのそれぞれのサジタル光線の焦点位置と、メインビーム主光束のサジタル光線の焦点位置とを一致させるようなレンズ効果を備える格子パターンを回折素子１４３に形成することで、回折素子１４３に一方のサブビームが通過する領域と他方のサブビームが通過する領域とで異なる格子パターンを容易に形成することができる。
また、光学ヘッドの光源と同じ位置に第１の光源１４１が配置され、一対のサブビームのうちの一方のサブビームの光ディスク１４６上の光スポットと共役となる位置に配置されるとともに、回折素子１４３の中心までの距離が第１の光源１４１から回折素子１４３の中心までの距離と略一致するように第２の光源１４２が配置され、第１の光源１４１と第２の光源１４２とから照射される光により回折素子１４３に干渉縞パターンが形成されるので、回折素子１４３に一方のサブビームが通過する領域と他方のサブビームが通過する領域とで異なる格子パターンを容易に形成することができる。
次に、本実施の形態３において、上記の回折素子１４３を用いた光学ヘッドの動作について説明する。なお、実施の形態３における光学ヘッドの構成は、図１に示す光学ヘッド１の構成とほぼ同じであり、回折素子１２を回折素子１４３に替えただけであるので、実施の形態３に係る光学ヘッドの動作については図１を用いて説明する。
光学ヘッド１の赤外半導体レーザ１１は、第１の光源１４１と概ね同じ位置に配置される。回折素子１４３によって回折された１対のサブビームのうち、一方のサブビームは、第２の光源１４２の位置から発する無収差の光束となり、他方のサブビームは、第１の光源１４１を対称の中心とし、第２の光源１４２と概ね点対称となる位置から発する無収差の光束となる。第１の光源１４１から回折素子１４３の中心点までの距離Ｄ１と、第２の光源１４２から回折素子１４３の中心点までの距離Ｄ２とが等しい場合、回折素子１４３の干渉縞パターンは、回折素子１４３の中心線に対して概ね線対称となる。そのため、回折素子１４３によって回折された一対のサブビームは、共にほぼ無収差の光束となる。
以上のように、本実施の形態３によれば、回折素子１４３が、一方のサブビームと他方のサブビームに対して異なる格子パターンを通過させて同一の凹レンズ作用を与えるので、焦点距離の短い対物レンズ１６を用いたとしても、対物レンズ１６の像面湾曲によるデフォーカスや非点収差等、ＣＤやＤＶＤなどの光ディスク１８上に集光された一対のサブビームの光スポットに発生する収差を補正することができる。これにより、サブスポットの収差の低減と小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供することが可能になる。
また、回折素子１４３は、光ディスク１４６の情報トラックに沿った方向に垂直に交わる方向に延伸し、かつ回折素子１４３の中央付近を通る直線形状の直線格子１５１と、直線格子１５１に対して概ね線対称であり、光ディスク１４６の情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１５５，１５６に向かって、格子ピッチＰが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子１５２とを含む連続的な干渉縞パターンが形成される。
したがって、回折素子１４３に２光束干渉による連続的な干渉縞パターンが形成されるので、実施の形態１，２と同様の効果を有しながら、１対のサブビームが通過する領域を厳密に分ける必要が無く、光学系の配置の自由度を広げることができる。特に、第１の光源１４１から回折素子１４３の中心点までの距離Ｄ１を長くするにしたがって、従来の均一な直線の格子パターンに漸近的に近づくため、回折素子１４３を光源に近接して配置する場合により一層大きな効果を奏することができる。
なお、回折素子１４３は、光ディスク１４６の情報トラックに沿った方向に対応した中央付近に、情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子１５１を有し、その直線格子１５１と、回折素子１４３の中心（メインビームの光軸が回折素子１４３を通過する点）との距離が、回折素子１４３の有効径の１／４以下となる干渉縞パターンを有することが望ましい。直線格子１５１と回折素子１４３の中心との距離が回折素子１４３の有効径の１／４よりも大きくなった場合、干渉縞パターンの対称性が崩れすぎ、１対のサブビームのうちの一方のサブビームは凹レンズ効果が与えられ、他方のサブビームは凸レンズ効果が与えられるため、２つのサブビームの焦点位置にずれが生じることとなる。
このように、回折素子１４３の直線格子１５１と、回折素子１４３の中心（メインビームの光軸が回折素子１４３を通過する点）との距離が、回折素子１４３の有効径の１／４以下となる干渉縞パターンが形成される。これにより、干渉縞パターンの直線格子１５１に対する対称性を確保することができ、回折素子１４３によって回折された１対のサブビームを共にほぼ無収差の光束にすることができる。
なお、直線格子１５１と回折素子１４３の中心との距離は回折素子１４３の有効径の１／８以下であることがさらに望ましい。これにより、干渉縞パターンの対称性を充分に確保することができ、回折素子１４３によって回折された１対のサブビームを共にほぼ無収差の光束とすることができる。
また、本実施の形態では、１対のサブビームが互いに重ならないように第１の光源１４１及び第２の光源１４２を配置して回折素子１４３に干渉縞パターンを形成しているが、本発明は特にこれに限定されず、１対のサブビームが回折素子１４３の中央部付近で重なるように第１の光源１４１及び第２の光源１４２を配置して回折素子１４３に干渉縞パターンを形成してもよい。
図６は、１対のサブビームが重なる場合における回折素子１４３の格子パターンを示す平面図である。図６に示すように、回折素子１４３は、２つのサブビームのうち一方のサブビーム１５３ａと、他方のサブビーム１５３ｂとが直線格子１５１付近で重なるように、第１の光源１４１に近接して配置される。なお、一方のサブビーム１５３ａと、他方のサブビーム１５３ｂとの重なりの範囲は、互いのビームの中心を含まない範囲であることが好ましい。
このように、許容される範囲内であれば、一方のサブビーム１５３ａと他方のサブビーム１５３ｂとが情報トラックに沿った方向に対応した中央部で部分的に重なって通過するように、赤外半導体レーザ１１又は赤色半導体レーザ１９を配置してもよい。この場合、回折素子１４３と赤外半導体レーザ１１との間隔を大きくすることができ、通過するビーム径を大きくすることができるため、赤外半導体レーザ１１と回折素子１４３との位置合わせを高精度で行う必要がなくなり、製造コストを下げることができる。
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４に係る光ディスク装置の概略構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態４の光ディスク装置４０は、光学ヘッド１と、光ディスク１８と、スピンドルモータ４１と、トラバースモータ４２と、信号処理部４３と、制御部４４とから構成されている。
光学ヘッド１は、図１に示すような、実施の形態１または実施の形態２の光学ヘッド１である。スピンドルモータ４１は、制御部４４により供給される回転制御信号に基づき、一定の回転数または一定の角速度で光ディスク１８を回転させる。トラバースモータ４２は、制御部４４により供給される移動制御信号に基づき、光学ヘッド１を光ディスク１８の径方向の所定位置へと移動させる。
信号処理部４３は、外部から供給された情報信号を変調して光学ヘッド１に送り、また光学ヘッド１により検出されたメインビームの光量に対応した電気信号を受けて情報信号を復調し、さらに光学ヘッド１の３つの４分割光検出器により検出されたメインビームと２つのサブビームの光量に対応した電気信号からトラッキング誤差信号ＴＥとフォーカス誤差信号ＦＥとを生成して、制御部４４に送る。
制御部４４は、スピンドルモータ４１およびトラバースモータ４２の駆動を制御するとともに、信号処理部４３から受け取ったトラッキング誤差信号ＴＥおよびフォーカス誤差信号ＦＥから、トラッキングサーボ信号ＴＳおよびフォーカスサーボ信号ＦＳを生成し、光学ヘッド１の対物レンズ１６用のアクチュエータ１７（図１）の２軸駆動を制御して光ディスク１８に対するトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを行う。
以上のように、本実施の形態４によれば、実施の形態１または実施の形態２の光学ヘッド１を用いることで、光ディスク１８上のサブスポットに発生する収差を低減することができ、トラッキング誤差信号ＴＥおよびフォーカス誤差信号ＦＥの品質を向上させることができるので、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現することが可能になる。
なお、上記の各実施の形態では、ＣＤとＤＶＤの両光ディスクに対して互換性のある構成を有する光学ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は、これに限定されず、ＣＤ、ＤＶＤ各々専用の光学ヘッドや、情報信号の記録／再生に波長帯域３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの青色レーザビームが用いられるＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）に対応した構成、またはＣＤとＤＶＤとＢＤという３つの光ディスクに対して互換性のある構成を有する光学ヘッド、およびかかる光学ヘッドを搭載した光ディスク装置にも適用可能である。
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
本発明の一局面に係る光学ヘッドは、光を出射する光源と、前記光源から出射された光を、回折されない主光束と回折および偏向された一対の副光束とに分岐する回折素子と、前記回折素子により分岐された前記主光束と前記一対の副光束を光ディスク上に集光させる対物レンズとを備え、前記回折素子は、前記一対の副光束のうちの一方の副光束と他方の副光束に対して同一のレンズ作用を与えるように前記一方の副光束が通過する領域と前記他方の副光束が通過する領域とで異なる格子パターンを有する。
この構成によれば、回折素子が、一方の副光束と他方の副光束に対して異なる格子パターンを通過させて同一のレンズ作用を与えるので、焦点距離の短い対物レンズを用いたとしても、光ディスク上に集光された一対の副光束の光スポットに発生する収差を補正することができる。これにより、光ディスク上のサブスポットに発生する収差の低減と、小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供することが可能になる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する格子パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、一方の副光束と他方の副光束に対して同一のレンズ作用を与える異なる格子パターンを形成することができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子のレンズ作用は、凹レンズ作用であることが好ましい。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記一方の副光束と前記他方の副光束とが前記光ディスクの情報トラックに沿った方向にて異なる前記回折素子の領域を通過するように、前記光源に近接して配置されることが好ましい。
この構成によれば、回折素子を光源に近接して配置することで、一方の副光束と他方の副光束とが回折素子の異なる領域を通過して同一の凹レンズ作用を受けて発散するように構成できる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央で第１の領域と第２の領域に分割され、前記第１の領域の格子パターンと前記第２の領域の格子パターンとは光軸周りに回転対称であることが好ましい。
この構成によれば、前記第１の領域の格子パターンと前記第２の領域の格子パターンとは光軸周りに回転対称であるので、一方の副光束と他方の副光束に対して同一のレンズ作用を与える異なる格子パターンを容易に形成することができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記一方の副光束と前記他方の副光束とが前記光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央部で部分的に重なって通過するように、前記光源に近接して配置され、前記一方の副光束と前記他方の副光束とが部分的に重なる前記中央部は、前記一方の副光束の一部および前記他方の副光束の一部をそれぞれ前記一方の副光束の残部および前記他方の副光束の残部とは異なる方向に回折する格子パターンを有することが好ましい。この場合、前記中央部は、前記情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の格子パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、一方の副光束と他方の副光束とを情報トラックに沿った方向に対応した回折素子の中央部で部分的に重ならせ、この中央部に直線状の格子パターンを形成し、前記中央部を通過した光束を光ディスク上に集光させないようにすることで、光源と回折素子との位置合わせを高精度で行う必要がなくなり、製造コストを下げることができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記一対の副光束のそれぞれのサジタル光線の焦点位置と、前記主光束のサジタル光線の焦点位置とを一致させるようなレンズ作用を備える格子パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、一対の副光束のそれぞれのサジタル光線の焦点位置と、主光束のサジタル光線の焦点位置とを一致させるようなレンズ効果を備える格子パターンを回折素子に形成することで、回折素子に一方の副光束が通過する領域と他方の副光束が通過する領域とで異なる格子パターンを容易に形成することができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記光源と同じ位置に配置された第１の光源と、前記一対の副光束のうちの一方の副光束の前記光ディスク上の光スポットと共役となる位置に配置されるとともに、前記回折素子の中心までの距離が前記第１の光源から前記回折素子の中心までの距離と略一致するように配置された第２の光源とから照射される光により形成される干渉縞パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、光学ヘッドの光源と同じ位置に第１の光源が配置され、一対の副光束のうちの一方の副光束の光ディスク上の光スポットと共役となる位置に配置されるとともに、回折素子の中心までの距離が第１の光源から回折素子の中心までの距離と略一致するように第２の光源が配置され、第１の光源と第２の光源とから照射される光により回折素子に干渉縞パターンが形成されるので、回折素子に一方の副光束が通過する領域と他方の副光束が通過する領域とで異なる格子パターンを容易に形成することができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央付近に、前記情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子と、前記直線格子に対して略線対称であり、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子とを含む連続的な干渉縞パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した回折素子の中央付近に、情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子と、直線格子に対して略線対称であり、光ディスクの情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子とを含む連続的な干渉縞パターンが形成される。したがって、回折素子に連続的な干渉パターンが形成されるので、一対の副光束が通過する領域を厳密に分ける必要が無く、光学系の配置の自由度を広げることができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記直線格子と、メインビームの光軸が前記回折素子を通過する点である前記回折素子の中心との距離が前記回折素子の有効径の１／４以下となる干渉縞パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、直線格子と、メインビームの光軸が前記回折素子を通過する点である回折素子の中心との距離が回折素子の有効径の１／４以下となる干渉縞パターンが形成される。これにより、干渉縞パターンの直線格子に対する対称性を充分に確保することができ、回折素子によって回折された１対の副光束を共にほぼ無収差の光束にすることができる。
本発明の他の局面に係る光ディスク装置は、光ディスクに対して情報信号の記録および／または再生を行う光ディスク装置であって、前記光ディスクを回転させるスピンドルモータと、本発明に係る光学ヘッドであり、前記光ディスクで反射された前記主光束と前記一対の副光束を受光してそれぞれの光束の光量に対応した電気信号に変換する受光素子と、前記光ディスクに対して前記対物レンズを上下方向および径方向に駆動するアクチュエータとを備えた光学ヘッドと、前記光学ヘッドの前記受光素子から受け取った電気信号からトラッキング誤差信号およびフォーカス誤差信号を生成する信号処理部と、前記スピンドルモータの駆動を制御するとともに、前記信号処理部から受け取った前記トラッキング誤差信号および前記フォーカス誤差信号に基づき、前記光学ヘッドの前記アクチュエータの駆動を制御して前記光ディスクに対するトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを行う制御部とを備える。
この構成によれば、前記光学ヘッドを用いることで、サブスポットに発生する収差を低減することができ、トラッキング誤差信号およびフォーカス誤差信号の品質を向上させることができるので、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現した光ディスク装置を提供することが可能になる。
本発明にかかる光学ヘッドは、光ディスク上のサブスポットに発生する収差の低減と、小型化、薄型化とを両立させることができるという利点を有し、かかる光学ヘッドを光ディスク装置等に適用した際に、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現できる点で有用である。
本発明は、光ディスクのような情報記録媒体に対して情報信号を記録および／または再生する際に用いられる光学ヘッド、およびかかる光学ヘッドを搭載した光ディスク装置に関する。
従来から、いわゆる３ビーム方式の光学ヘッドが知られている。図８は、従来の光学ヘッドの概略構成図である（例えば、特許文献１、２参照）。図８において、レーザ光源５１から出射されたレーザ光は、等ピッチの格子パターンが一様に形成された回折素子５２によって、回折されない０次光（以下、メインビームという）と、回折および偏向された２つの±１次光（以下、２つのサブビームという）とに分岐され、メインビームと２つのサブビームは、ビームスプリッタ５３を透過し、コリメートレンズ５４によって発散光から平行光に変えられ、対物レンズ５５によって光ディスク５７上に集光されて、１つのメインスポットと２つのサブスポットからなる３つのスポットが生成される。
図９は、図８に示す回折素子５２を備えた光学ヘッド５０を用いた場合の光ディスク５７上での３つのスポットの位置関係を示す模式図である。図９において、２つのサブスポット６３、６４は、それぞれ、メインスポット６２に対して、情報トラック６１に沿った方向で間隔Ｙだけ離れて配置され、また情報トラック６１とは垂直な径方向で１／２トラックピッチ（Ｔｐ／２）だけ内周方向と外周方向に離れて配置される。
光ディスク５７で反射されたメインビームと２つのサブビームは、対物レンズ５５、コリメートレンズ５４を再び透過し、ビームスプリッタ５３で反射され、検出レンズ５８によって受光素子５９上の異なる位置に設けられた３つの４分割光検出器にそれぞれ導かれる。
図１０は、図８に示す受光素子５９上の３つの４分割光検出器の構成を示す模式図である。図１０において、４分割光検出器７１はメインスポット６２を受けて、４分割光検出器７１により検出された信号は、情報信号を再生するために用いられる。また、２つの４分割光検出器７２、７３はそれぞれサブスポット６３、６４を受けて、２つの４分割光検出器７２、７３により検出された信号は、トラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号を生成するために用いられる。これらトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号とからそれぞれ生成されたトラッキングサーボ信号（ＴＳ）とフォーカスサーボ信号（ＦＳ）が、図８に示す対物レンズ５５を２軸駆動するアクチュエータ５６に供給され、光ディスク５７の情報トラックに対する光スポットのトラッキングサーボとフォーカスサーボが行われる。
特許第３６６１６９４号公報 特開平１１−２５９９０６号公報
しかしながら、上記従来の光学ヘッドでは、回折素子５２により分岐された２つのサブビームは、対物レンズ５５に対し軸外光になるため、光ディスク５７上のサブスポットはデフォーカス、非点収差、コマ収差等の収差を持った光スポットになる。ここで、光ディスク５７上の情報トラック６１に沿った方向における、メインスポットとサブスポットとの間隔Ｙ（図９）は、対物レンズ５５の焦点距離をｆと定義し、サブビームが対物レンズ５５に入射する角度をθと定義した場合、Ｙ＝ｆ×ｔａｎθで与えられる。メインスポットとサブスポットとの間隔Ｙは、受光素子５９上の３つの４分割光検出器７１、７２、７３でメインビームと２つのサブビームを分離して検出する必要があるため、光ディスク５７としてＤＶＤを用いた場合、概ね１５〜２５μｍに設定される。
上記間隔Ｙが一定であれば、対物レンズ５５の焦点距離ｆに反比例して対物レンズ５５へのサブビームの入射角度θは大きくなる。光学ヘッドを小型化、薄型化するためには、対物レンズ５５の焦点距離ｆを短くする必要があり、入射角度θは大きくなる。これにより、光ディスク５７上でのサブスポットは、さらに収差を持った光スポットになる。そのため、２つの４分割光検出器７２、７３でサブビームを受けて検出された信号から生成されるトラッキング誤差信号とフォーカス誤差信号の品質が低下し、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボが困難になる、という問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光ディスク上のサブスポットに発生する収差の低減と、小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供するとともに、かかる光学ヘッドを搭載することにより、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現した光ディスク装置を提供することにある。
本発明の一局面に係る光学ヘッドは、光を出射する光源と、前記光源から出射された光を、回折されない主光束と回折および偏向された一対の副光束とに分岐する回折素子と、前記回折素子により分岐された前記主光束と前記一対の副光束を光ディスク上に集光させる対物レンズとを備え、前記回折素子は、前記一対の副光束のうちの一方の副光束と他方の副光束に対して同一のレンズ作用を与えるように前記一方の副光束が通過する領域と前記他方の副光束が通過する領域とで異なる格子パターンを有する。
この構成によれば、回折素子が、一方の副光束と他方の副光束に対して異なる格子パターンを通過させて同一のレンズ作用を与えるので、焦点距離の短い対物レンズを用いたとしても、光ディスク上に集光された一対の副光束の光スポットに発生する収差を補正することができる。これにより、光ディスク上のサブスポットに発生する収差の低減と、小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供することが可能になる。
本発明の他の局面に係る光ディスク装置は、光ディスクに対して情報信号の記録および／または再生を行う光ディスク装置であって、前記光ディスクを回転させるスピンドルモータと、本発明に係る光学ヘッドであり、前記光ディスクで反射された前記主光束と前記一対の副光束を受光してそれぞれの光束の光量に対応した電気信号に変換する受光素子と、前記光ディスクに対して前記対物レンズを上下方向および径方向に駆動するアクチュエータとを備えた光学ヘッドと、前記光学ヘッドの前記受光素子から受け取った電気信号からトラッキング誤差信号およびフォーカス誤差信号を生成する信号処理部と、前記スピンドルモータの駆動を制御するとともに、前記信号処理部から受け取った前記トラッキング誤差信号および前記フォーカス誤差信号に基づき、前記光学ヘッドの前記アクチュエータの駆動を制御して前記光ディスクに対するトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを行う制御部とを備える。
この構成によれば、前記光学ヘッドを用いることで、サブスポットに発生する収差を低減することができ、トラッキング誤差信号およびフォーカス誤差信号の品質を向上させることができるので、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現した光ディスク装置を提供することが可能になる。
本発明によれば、サブスポットの収差の低減と小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供するとともに、かかる光学ヘッドを搭載することにより、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現した光ディスク装置を提供することが可能になる。
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光学ヘッドの概略構成を示す断面図である。図１において、本実施の形態１の光学ヘッドは、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）とＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）の両光ディスク１８に対応した３ビーム方式の光学ヘッド１であり、ＣＤ用光源としての赤外半導体レーザ１１と、赤外レーザビーム用の回折素子１２と、ビームスプリッタ１３と、コリメートレンズ１４と、立上げミラー１５と、光ディスク１８上にレーザビームを集光させる対物レンズ１６と、対物レンズ１６用のアクチュエータ１７と、ＤＶＤ用光源としての赤色半導体レーザ１９と、赤色レーザビーム用の回折素子２０と、ダイクロックミラー２１と、検出レンズ２２と、受光素子２３とから構成されている。なお、以下では、ＣＤとＤＶＤの両光ディスクに対して同一の符号１８を付して説明を行う。
赤外半導体レーザ１１から出射された波長帯域７８０ｎｍ〜８２０ｎｍの赤外レーザビームは、回折素子１２により、回折されない０次光であるメインビームと回折および偏向された±１次光である２つのサブビームとに分岐され、メインビームと２つのサブビームは、ビームスプリッタ１３で反射され、コリメートレンズ１４により発散光から平行光に変えられ、立上げミラー１５で反射されて上方へと進み、対物レンズ１６によりＣＤ１８上に集光され、図９に示すような情報トラックに対してメインスポットと２つのサブスポットが形成される。
ＣＤ１８で反射されたメインビームと２つのサブビームは、対物レンズ１６、立上げミラー１５、およびコリメートレンズ１４を経て、ビームスプリッタ１３およびダイクロックミラー２１を透過して、検出レンズ２２により受光素子２３上の、図１０に示すような３つの４分割光検出器へと分離および集光されて、３つの４分割光検出器により、メインビームと２つのサブビームのそれぞれの光量に対応した電気信号として検出される。
一方、赤色半導体レーザ１９から出射された波長帯域６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの赤色レーザビームは、回折素子２０により、回折されない０次光であるメインビームと回折および偏向された±１次光である２つのサブビームとに分岐され、メインビームと２つのサブビームは、ダイクロックミラー２１で反射され、ビームスプリッタ１３を透過し、コリメートレンズ１４により発散光から平行光に変えられ、立上げミラー１５で反射されて上方へと進み、対物レンズ１６によりＤＶＤ１８上に集光され、図９に示すような情報トラックに対してメインスポットと２つのサブスポットが形成される。
ＤＶＤ１８で反射されたメインビームと２つのサブビームは、対物レンズ１６、立上げミラー１５、およびコリメートレンズ１４を経て、ビームスプリッタ１３およびダイクロックミラー２１を透過して、検出レンズ２２により受光素子２３上の、図１０に示すような３つの４分割光検出器へと分離および集光されて、３つの４分割光検出器により、メインビームと２つのサブビームのそれぞれの光量に対応した電気信号として検出される。
図２は、本実施の形態１における回折素子１２、２０の格子パターンを示す平面図である。なお、以下では、赤外レーザビーム用の回折素子１２について説明するが、赤色レーザビーム用の回折素子２０についても、赤外レーザビーム用の回折素子１２と同様の格子パターンを有している。
図２において、回折素子１２は、ＣＤ１８の情報トラックの方向に対応した中央の分割線１２３により、第１の領域１２１と第２の領域１２２とに分割され、２つのサブビームのうち一方のサブビーム１２４ａが第１の領域１２１を通過し、他方のサブビーム１２４ｂが第２の領域１２２を通過するように、赤外半導体レーザ１１に近接して配置される。なお、符号１２５は、回折素子１２を通過するメインビームを示している。
回折素子１２の第１の領域１２１と第２の領域１２２は、一方のサブビーム１２４ａと他方のサブビーム１２４ｂとに同一の凹レンズ作用を与えるように、情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１２６と１２７に向かって格子ピッチＰが大きくなる（Ｐ１＜Ｐ２）とともに湾曲する格子パターンを有し、第１の領域１２１の格子パターンと第２の領域１２２の格子パターンとは、光軸（メインビーム１２５の中心軸）周りに回転対称である異なる形状を有する。
すなわち、回折素子１２は、ＣＤ１８の情報トラックに沿った方向に垂直に交わる方向に沿った回折素子１２の中央を通る直線で第１の領域１２１と第２の領域１２２とに分割され、第１の領域１２１の格子パターンと第２の領域１２２の格子パターンとは光軸周りに回転対称である。
ここで、情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１２６と１２７から中央の分割線１２３に向かって、格子パターンは、湾曲した形状から徐々に直線形状に近づいている。
以上のように、本実施の形態１によれば、回折素子１２、２０が、一方のサブビームと他方のサブビームに対して異なる格子パターンを通過させて同一の凹レンズ作用を与えるので、焦点距離の短い対物レンズ１６を用いたとしても、対物レンズの像面湾曲によるデフォーカスや非点収差等、ＣＤやＤＶＤなどの光ディスク１８上に集光された一対のサブビームの光スポットに発生する収差を補正することができる。これにより、サブスポットの収差の低減と小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供することが可能になる。
また、第１の領域１２１の格子パターンと第２の領域１２２の格子パターンとは光軸周りに回転対称であるので、一方のサブビームと他方のサブビームに対して同一のレンズ作用を与える異なる格子パターンを容易に形成することができる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２が、実施の形態１と相違するのは、２つのサブビームが回折素子を通過する領域および回折素子の構成であり、その他の構成は、実施の形態１と同じであるので、詳細な説明を省略する。以下では、実施の形態１との相違点について説明する。
図３は、本発明の実施の形態２に係る光学ヘッドにおける回折素子の格子パターンを示す平面図である。図３において、本実施の形態２の回折素子１２は、一方のサブビーム１２８ａと他方のサブビーム１２８ｂとが情報トラックに沿った方向に対応した中央部１２９で部分的に重なって通過するように、赤外半導体レーザ１１に近接して配置される。なお、赤外半導体レーザ１１と回折素子１２との間隔は、例えば１．０ｍｍ〜１．５ｍｍであり、実施の形態１のように、２つのサブビームを完全に分離する場合よりも、その間隔を大きくすることができる。
回折素子１２の中央部１２９は、一方のサブビーム１２８ａの一部および他方のサブビーム１２８ｂの一部をそれぞれ一方のサブビーム１２８ａの残部および他方のサブビーム１２８ｂの残部とは異なる方向に回折する、すなわち一方のサブビーム１２８ａと他方のサブビーム１２８ｂとが重なった部分については光ディスク１８上でのサブスポットの形成に関与しないように、より細かなピッチの格子、または、格子の延伸する方位を変えた格子パターンを有する。
すなわち、回折素子１２は、一方のサブビーム１２８ａと他方のサブビーム１２８ｂとがＣＤ１８の情報トラックに沿った方向に垂直に交わる方向に沿った回折素子１２の中央部１２９で部分的に重なって通過するように、赤外半導体レーザ１１に近接して配置され、一方のサブビーム１２８ａと他方のサブビーム１２８ｂとが部分的に重なる中央部１２９は、一方のサブビーム１２８ａの一部および他方のサブビーム１２８ｂの一部を、一方のサブビーム１２８ａの残部および他方のサブビーム１２８ｂの残部とはそれぞれ異なる方向に回折する格子パターンを有する。
ここで、仮に上記したような中央部１２９が存在せず、図２のような格子パターン上で２つのサブビームが重なっているとする。重なっている領域では、±１次回折光として２つのサブビームが生成されるが、±１次回折光に同一の凹レンズ作用を与えることは不可能なため、良好な収差補正ができなくなる。
一方、本実施の形態２によれば、中央部１２９を通過した２つのサブビームの一部を光ディスク１８上に集光させないようにすることで、実施の形態１に比べて、回折素子１２上で２つのサブビームの部分的重なりを許容することができる。そのため、回折素子１２と赤外半導体レーザ１１との間隔を大きくすることができ、通過するビーム径を大きくすることができるため、赤外半導体レーザ１１と回折素子１２との位置合わせ、および赤色半導体レーザ１９と回折素子２０との位置合わせを高精度で行う必要がなくなり、製造コストを下げることができる。
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る光学ヘッドについて説明する。実施の形態１，２に係る光学ヘッドの回折素子は、光ディスクの情報トラックの方向に垂直に交わる方向に沿った回折素子の中央の分割線により、第１の領域と第２の領域とに分割され、第１の領域と第２の領域は、情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する格子パターンを有している。これに対し、実施の形態３に係る光学ヘッドの回折素子は、第１の領域と第２の領域とに分割されるのではなく、光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央付近に、情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子と、その直線格子に対して概ね線対称であり、光ディスクの情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子とを含む連続的な格子パターンを有している。
図４は、実施の形態３に係る回折素子の格子パターンを形成する際の光学系配置を示す図である。図４に示す２光束干渉光学系１４０は、２光束干渉により回折素子に干渉縞を形成する。２光束干渉光学系１４０は、第１の光源１４１、第２の光源１４２、回折素子１４３、コリメートレンズ１４４及び対物レンズ１４５を備える。回折素子１４３は、前述の光学系をコンピュータシミュレーション上で構築し、回折素子１４３上に干渉縞パターンを数値計算で発生させ、その干渉縞パターンをフォトマスクとして作成し、フォトリソグラフ等により、ガラス基板などの透明材料に回折格子を形成させることにより作成される。
第１の光源１４１は、光ディスク１４６までの距離が光学ヘッドの光源から光ディスクまでの距離と同じとなる位置に配置され、光学ヘッドと同じ波長、例えば、波長帯域７８０ｎｍ〜８２０ｎｍの赤外レーザビームを出射する。
第２の光源１４２は、一対のサブビームのうちの一方のサブビームの光ディスク１４６上の光スポットと共役となる位置に配置され、第１の光源１４１と同じ波長帯域の赤外レーザビームを出射する。また、第２の光源１４２は、第１の光源１４１から回折素子１４３の中心までの距離Ｄ１と、第２の光源１４２から回折素子１４３の中心までの距離Ｄ２とが略一致するように配置される。
なお、以下では、赤外レーザビーム用の回折素子１４３について説明するが、赤色レーザビーム用の回折素子についても、赤外レーザビーム用の回折素子１４３と同様の格子パターンを有している。赤色レーザビーム用の回折素子に格子パターンを形成する場合、第１の光源１４１及び第２の光源１４２はそれぞれ赤色レーザビームを出射する。
回折素子１４３は、一対のサブビームのそれぞれのサジタル光線の焦点位置と、メインビームのサジタル光線の焦点位置とを一致させるようなレンズ作用を備える格子パターンを有する。すなわち、回折素子１４３の格子パターンは、不図示の受光素子によって検出されるメインビームのプッシュプル信号の振幅のピーク値と１対のサブビームのプッシュプル信号の振幅のピーク値とが同じ焦点位置で一致するようなレンズ作用を備える。回折素子１４３は、第１の光源１４１と第２の光源１４２とから照射される光により干渉縞パターンが形成される。
コリメートレンズ１４４は、第１の光源１４１及び第２の光源１４２によって出射された光を発散光から平行光に変換する。対物レンズ１４５は、コリメートレンズ１４４を通過した光を光ディスク１４６上に集光する。
図５は、本実施の形態３における回折素子１４３の格子パターンを示す平面図である。なお、以下では、赤外レーザビーム用の回折素子１４３について説明するが、赤色レーザビーム用の回折素子についても、赤外レーザビーム用の回折素子１４３と同様の格子パターンを有している。
図５において、回折素子１４３は、光ディスク１４６の情報トラックに沿った方向に対応した中央付近に、情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子１５１と、直線格子１５１に対して概ね線対称であり、光ディスク１４６の情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１５５，１５６に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子１５２とを含む連続的な干渉縞パターンを有する。
なお、回折素子１４３は、２つのサブビームのうち一方のサブビーム１５３ａが直線格子１５１よりも下方を通過し、他方のサブビーム１５３ｂが直線格子１５１よりも上方を通過し、サブビーム１５３ａと１５３ｂとが重ならないように、第１の光源１４１に近接して配置される。なお、符号１５４は、回折素子１４３を通過するメインビームを示している。
回折素子１４３は、一方のサブビーム１５３ａと他方のサブビーム１５３ｂとに同一の凹レンズ作用を与えるように、中央部から情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１５５と１５６に向かって格子ピッチＰが大きくなる（Ｐ１＜Ｐ２）とともに湾曲する格子パターンを有する。
ここで、情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１５５と１５６から中央の直線格子１５１に向かって、格子パターンは、湾曲した形状から徐々に直線形状に近づいている。
２光束干渉の干渉縞パターンは、第１の光源１４１から回折素子１４３の中心点までの距離Ｄ１と、第２の光源１４２から回折素子１４３の中心点までの距離Ｄ２とが等しいとき、回折素子１４３の中央に直線状の干渉縞（直線格子１５１）が生じ、この直線格子の上下にはほぼ対称な円弧状の干渉縞が生じる。この距離Ｄ１とＤ２とに差が生じた場合、直線格子１５１が生じる位置は、回折素子１４３の中心から上下方向にずれることとなる。
このように、一対のサブビームのそれぞれのサジタル光線の焦点位置と、メインビーム主光束のサジタル光線の焦点位置とを一致させるようなレンズ効果を備える格子パターンを回折素子１４３に形成することで、回折素子１４３に一方のサブビームが通過する領域と他方のサブビームが通過する領域とで異なる格子パターンを容易に形成することができる。
また、光学ヘッドの光源と同じ位置に第１の光源１４１が配置され、一対のサブビームのうちの一方のサブビームの光ディスク１４６上の光スポットと共役となる位置に配置されるとともに、回折素子１４３の中心までの距離が第１の光源１４１から回折素子１４３の中心までの距離と略一致するように第２の光源１４２が配置され、第１の光源１４１と第２の光源１４２とから照射される光により回折素子１４３に干渉縞パターンが形成されるので、回折素子１４３に一方のサブビームが通過する領域と他方のサブビームが通過する領域とで異なる格子パターンを容易に形成することができる。
次に、本実施の形態３において、上記の回折素子１４３を用いた光学ヘッドの動作について説明する。なお、実施の形態３における光学ヘッドの構成は、図１に示す光学ヘッド１の構成とほぼ同じであり、回折素子１２を回折素子１４３に替えただけであるので、実施の形態３に係る光学ヘッドの動作については図１を用いて説明する。
光学ヘッド１の赤外半導体レーザ１１は、第１の光源１４１と概ね同じ位置に配置される。回折素子１４３によって回折された１対のサブビームのうち、一方のサブビームは、第２の光源１４２の位置から発する無収差の光束となり、他方のサブビームは、第１の光源１４１を対称の中心とし、第２の光源１４２と概ね点対称となる位置から発する無収差の光束となる。第１の光源１４１から回折素子１４３の中心点までの距離Ｄ１と、第２の光源１４２から回折素子１４３の中心点までの距離Ｄ２とが等しい場合、回折素子１４３の干渉縞パターンは、回折素子１４３の中心線に対して概ね線対称となる。そのため、回折素子１４３によって回折された一対のサブビームは、共にほぼ無収差の光束となる。
以上のように、本実施の形態３によれば、回折素子１４３が、一方のサブビームと他方のサブビームに対して異なる格子パターンを通過させて同一の凹レンズ作用を与えるので、焦点距離の短い対物レンズ１６を用いたとしても、対物レンズ１６の像面湾曲によるデフォーカスや非点収差等、ＣＤやＤＶＤなどの光ディスク１８上に集光された一対のサブビームの光スポットに発生する収差を補正することができる。これにより、サブスポットの収差の低減と小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供することが可能になる。
また、回折素子１４３は、光ディスク１４６の情報トラックに沿った方向に垂直に交わる方向に延伸し、かつ回折素子１４３の中央付近を通る直線形状の直線格子１５１と、直線格子１５１に対して概ね線対称であり、光ディスク１４６の情報トラックに沿った方向で対向する両縁部１５５，１５６に向かって、格子ピッチＰが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子１５２とを含む連続的な干渉縞パターンが形成される。
したがって、回折素子１４３に２光束干渉による連続的な干渉縞パターンが形成されるので、実施の形態１，２と同様の効果を有しながら、１対のサブビームが通過する領域を厳密に分ける必要が無く、光学系の配置の自由度を広げることができる。特に、第１の光源１４１から回折素子１４３の中心点までの距離Ｄ１を長くするにしたがって、従来の均一な直線の格子パターンに漸近的に近づくため、回折素子１４３を光源に近接して配置する場合により一層大きな効果を奏することができる。
なお、回折素子１４３は、光ディスク１４６の情報トラックに沿った方向に対応した中央付近に、情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子１５１を有し、その直線格子１５１と、回折素子１４３の中心（メインビームの光軸が回折素子１４３を通過する点）との距離が、回折素子１４３の有効径の１／４以下となる干渉縞パターンを有することが望ましい。直線格子１５１と回折素子１４３の中心との距離が回折素子１４３の有効径の１／４よりも大きくなった場合、干渉縞パターンの対称性が崩れすぎ、１対のサブビームのうちの一方のサブビームは凹レンズ効果が与えられ、他方のサブビームは凸レンズ効果が与えられるため、２つのサブビームの焦点位置にずれが生じることとなる。
このように、回折素子１４３の直線格子１５１と、回折素子１４３の中心（メインビームの光軸が回折素子１４３を通過する点）との距離が、回折素子１４３の有効径の１／４以下となる干渉縞パターンが形成される。これにより、干渉縞パターンの直線格子１５１に対する対称性を確保することができ、回折素子１４３によって回折された１対のサブビームを共にほぼ無収差の光束にすることができる。
なお、直線格子１５１と回折素子１４３の中心との距離は回折素子１４３の有効径の１／８以下であることがさらに望ましい。これにより、干渉縞パターンの対称性を充分に確保することができ、回折素子１４３によって回折された１対のサブビームを共にほぼ無収差の光束とすることができる。
また、本実施の形態では、１対のサブビームが互いに重ならないように第１の光源１４１及び第２の光源１４２を配置して回折素子１４３に干渉縞パターンを形成しているが、本発明は特にこれに限定されず、１対のサブビームが回折素子１４３の中央部付近で重なるように第１の光源１４１及び第２の光源１４２を配置して回折素子１４３に干渉縞パターンを形成してもよい。
図６は、１対のサブビームが重なる場合における回折素子１４３の格子パターンを示す平面図である。図６に示すように、回折素子１４３は、２つのサブビームのうち一方のサブビーム１５３ａと、他方のサブビーム１５３ｂとが直線格子１５１付近で重なるように、第１の光源１４１に近接して配置される。なお、一方のサブビーム１５３ａと、他方のサブビーム１５３ｂとの重なりの範囲は、互いのビームの中心を含まない範囲であることが好ましい。
このように、許容される範囲内であれば、一方のサブビーム１５３ａと他方のサブビーム１５３ｂとが情報トラックに沿った方向に対応した中央部で部分的に重なって通過するように、赤外半導体レーザ１１又は赤色半導体レーザ１９を配置してもよい。この場合、回折素子１４３と赤外半導体レーザ１１との間隔を大きくすることができ、通過するビーム径を大きくすることができるため、赤外半導体レーザ１１と回折素子１４３との位置合わせを高精度で行う必要がなくなり、製造コストを下げることができる。
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４に係る光ディスク装置の概略構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態４の光ディスク装置４０は、光学ヘッド１と、光ディスク１８と、スピンドルモータ４１と、トラバースモータ４２と、信号処理部４３と、制御部４４とから構成されている。
光学ヘッド１は、図１に示すような、実施の形態１または実施の形態２の光学ヘッド１である。スピンドルモータ４１は、制御部４４により供給される回転制御信号に基づき、一定の回転数または一定の角速度で光ディスク１８を回転させる。トラバースモータ４２は、制御部４４により供給される移動制御信号に基づき、光学ヘッド１を光ディスク１８の径方向の所定位置へと移動させる。
信号処理部４３は、外部から供給された情報信号を変調して光学ヘッド１に送り、また光学ヘッド１により検出されたメインビームの光量に対応した電気信号を受けて情報信号を復調し、さらに光学ヘッド１の３つの４分割光検出器により検出されたメインビームと２つのサブビームの光量に対応した電気信号からトラッキング誤差信号ＴＥとフォーカス誤差信号ＦＥとを生成して、制御部４４に送る。
制御部４４は、スピンドルモータ４１およびトラバースモータ４２の駆動を制御するとともに、信号処理部４３から受け取ったトラッキング誤差信号ＴＥおよびフォーカス誤差信号ＦＥから、トラッキングサーボ信号ＴＳおよびフォーカスサーボ信号ＦＳを生成し、光学ヘッド１の対物レンズ１６用のアクチュエータ１７（図１）の２軸駆動を制御して光ディスク１８に対するトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを行う。
以上のように、本実施の形態４によれば、実施の形態１または実施の形態２の光学ヘッド１を用いることで、光ディスク１８上のサブスポットに発生する収差を低減することができ、トラッキング誤差信号ＴＥおよびフォーカス誤差信号ＦＥの品質を向上させることができるので、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現することが可能になる。
なお、上記の各実施の形態では、ＣＤとＤＶＤの両光ディスクに対して互換性のある構成を有する光学ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は、これに限定されず、ＣＤ、ＤＶＤ各々専用の光学ヘッドや、情報信号の記録／再生に波長帯域３９０ｎｍ〜４１５ｎｍの青色レーザビームが用いられるＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）に対応した構成、またはＣＤとＤＶＤとＢＤという３つの光ディスクに対して互換性のある構成を有する光学ヘッド、およびかかる光学ヘッドを搭載した光ディスク装置にも適用可能である。
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
本発明の一局面に係る光学ヘッドは、光を出射する光源と、前記光源から出射された光を、回折されない主光束と回折および偏向された一対の副光束とに分岐する回折素子と、前記回折素子により分岐された前記主光束と前記一対の副光束を光ディスク上に集光させる対物レンズとを備え、前記回折素子は、前記一対の副光束のうちの一方の副光束と他方の副光束に対して同一のレンズ作用を与えるように前記一方の副光束が通過する領域と前記他方の副光束が通過する領域とで異なる格子パターンを有する。
この構成によれば、回折素子が、一方の副光束と他方の副光束に対して異なる格子パターンを通過させて同一のレンズ作用を与えるので、焦点距離の短い対物レンズを用いたとしても、光ディスク上に集光された一対の副光束の光スポットに発生する収差を補正することができる。これにより、光ディスク上のサブスポットに発生する収差の低減と、小型化、薄型化とを両立させた光学ヘッドを提供することが可能になる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する格子パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、一方の副光束と他方の副光束に対して同一のレンズ作用を与える異なる格子パターンを形成することができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子のレンズ作用は、凹レンズ作用であることが好ましい。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記一方の副光束と前記他方の副光束とが前記光ディスクの情報トラックに沿った方向にて異なる前記回折素子の領域を通過するように、前記光源に近接して配置されることが好ましい。
この構成によれば、回折素子を光源に近接して配置することで、一方の副光束と他方の副光束とが回折素子の異なる領域を通過して同一の凹レンズ作用を受けて発散するように構成できる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央で第１の領域と第２の領域に分割され、前記第１の領域の格子パターンと前記第２の領域の格子パターンとは光軸周りに回転対称であることが好ましい。
この構成によれば、前記第１の領域の格子パターンと前記第２の領域の格子パターンとは光軸周りに回転対称であるので、一方の副光束と他方の副光束に対して同一のレンズ作用を与える異なる格子パターンを容易に形成することができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記一方の副光束と前記他方の副光束とが前記光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央部で部分的に重なって通過するように、前記光源に近接して配置され、前記一方の副光束と前記他方の副光束とが部分的に重なる前記中央部は、前記一方の副光束の一部および前記他方の副光束の一部をそれぞれ前記一方の副光束の残部および前記他方の副光束の残部とは異なる方向に回折する格子パターンを有することが好ましい。この場合、前記中央部は、前記情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の格子パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、一方の副光束と他方の副光束とを情報トラックに沿った方向に対応した回折素子の中央部で部分的に重ならせ、この中央部に直線状の格子パターンを形成し、前記中央部を通過した光束を光ディスク上に集光させないようにすることで、光源と回折素子との位置合わせを高精度で行う必要がなくなり、製造コストを下げることができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記一対の副光束のそれぞれのサジタル光線の焦点位置と、前記主光束のサジタル光線の焦点位置とを一致させるようなレンズ作用を備える格子パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、一対の副光束のそれぞれのサジタル光線の焦点位置と、主光束のサジタル光線の焦点位置とを一致させるようなレンズ効果を備える格子パターンを回折素子に形成することで、回折素子に一方の副光束が通過する領域と他方の副光束が通過する領域とで異なる格子パターンを容易に形成することができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記光源と同じ位置に配置された第１の光源と、前記一対の副光束のうちの一方の副光束の前記光ディスク上の光スポットと共役となる位置に配置されるとともに、前記回折素子の中心までの距離が前記第１の光源から前記回折素子の中心までの距離と略一致するように配置された第２の光源とから照射される光により形成される干渉縞パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、光学ヘッドの光源と同じ位置に第１の光源が配置され、一対の副光束のうちの一方の副光束の光ディスク上の光スポットと共役となる位置に配置されるとともに、回折素子の中心までの距離が第１の光源から回折素子の中心までの距離と略一致するように第２の光源が配置され、第１の光源と第２の光源とから照射される光により回折素子に干渉縞パターンが形成されるので、回折素子に一方の副光束が通過する領域と他方の副光束が通過する領域とで異なる格子パターンを容易に形成することができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央付近に、前記情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子と、前記直線格子に対して略線対称であり、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子とを含む連続的な干渉縞パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した回折素子の中央付近に、情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子と、直線格子に対して略線対称であり、光ディスクの情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子とを含む連続的な干渉縞パターンが形成される。したがって、回折素子に連続的な干渉パターンが形成されるので、一対の副光束が通過する領域を厳密に分ける必要が無く、光学系の配置の自由度を広げることができる。
また、上記の光学ヘッドにおいて、前記回折素子は、前記直線格子と、メインビームの光軸が前記回折素子を通過する点である前記回折素子の中心との距離が前記回折素子の有効径の１／４以下となる干渉縞パターンを有することが好ましい。
この構成によれば、直線格子と、メインビームの光軸が前記回折素子を通過する点である回折素子の中心との距離が回折素子の有効径の１／４以下となる干渉縞パターンが形成される。これにより、干渉縞パターンの直線格子に対する対称性を充分に確保することができ、回折素子によって回折された１対の副光束を共にほぼ無収差の光束にすることができる。
本発明の他の局面に係る光ディスク装置は、光ディスクに対して情報信号の記録および／または再生を行う光ディスク装置であって、前記光ディスクを回転させるスピンドルモータと、本発明に係る光学ヘッドであり、前記光ディスクで反射された前記主光束と前記一対の副光束を受光してそれぞれの光束の光量に対応した電気信号に変換する受光素子と、前記光ディスクに対して前記対物レンズを上下方向および径方向に駆動するアクチュエータとを備えた光学ヘッドと、前記光学ヘッドの前記受光素子から受け取った電気信号からトラッキング誤差信号およびフォーカス誤差信号を生成する信号処理部と、前記スピンドルモータの駆動を制御するとともに、前記信号処理部から受け取った前記トラッキング誤差信号および前記フォーカス誤差信号に基づき、前記光学ヘッドの前記アクチュエータの駆動を制御して前記光ディスクに対するトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを行う制御部とを備える。
この構成によれば、前記光学ヘッドを用いることで、サブスポットに発生する収差を低減することができ、トラッキング誤差信号およびフォーカス誤差信号の品質を向上させることができるので、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現した光ディスク装置を提供することが可能になる。
本発明にかかる光学ヘッドは、光ディスク上のサブスポットに発生する収差の低減と、小型化、薄型化とを両立させることができるという利点を有し、かかる光学ヘッドを光ディスク装置等に適用した際に、高精度で安定なトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを実現できる点で有用である。
本発明の実施の形態１に係る光学ヘッドの概略構成図である。 図１の光学ヘッドにおける回折素子の格子パターンを示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る光学ヘッドにおける回折素子の格子パターンを示す平面図である。 実施の形態３に係る回折素子の格子パターンを形成する際の光学系配置を示す図である。 本実施の形態３における回折素子の格子パターンを示す平面図である。 １対のサブビームが重なる場合における回折素子の格子パターンを示す平面図である。 本発明の実施の形態４に係る光ディスク装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 従来の光学ヘッドの概略構成図である。 図８に示す回折素子を備えた光学ヘッドを用いた場合の光ディスク上での３つのスポットの位置関係を示す模式図である。 図９に示す受光素子上の３つの４分割光検出器の構成を示す模式図である。

Claims (12)

  1. 光を出射する光源と、
    前記光源から出射された光を、回折されない主光束と回折および偏向された一対の副光束とに分岐する回折素子と、
    前記回折素子により分岐された前記主光束と前記一対の副光束を光ディスク上に集光させる対物レンズとを備え、
    前記回折素子は、前記一対の副光束のうちの一方の副光束と他方の副光束に対して同一のレンズ作用を与えるように前記一方の副光束が通過する領域と前記他方の副光束が通過する領域とで異なる格子パターンを有することを特徴とする光学ヘッド。
  2. 前記回折素子は、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する格子パターンを有することを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
  3. 前記回折素子は、前記一方の副光束と前記他方の副光束とが前記光ディスクの情報トラックに沿った方向にて異なる前記回折素子の領域を通過するように、前記光源に近接して配置されることを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
  4. 前記回折素子のレンズ作用は、凹レンズ作用であることを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
  5. 前記回折素子は、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央で第１の領域と第２の領域に分割され、前記第１の領域の格子パターンと前記第２の領域の格子パターンとは光軸周りに回転対称であることを特徴とする請求項３または４記載の光学ヘッド。
  6. 前記回折素子は、前記一方の副光束と前記他方の副光束とが前記光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央部で部分的に重なって通過するように、前記光源に近接して配置され、前記一方の副光束と前記他方の副光束とが部分的に重なる前記中央部は、前記一方の副光束の一部および前記他方の副光束の一部を、前記一方の副光束の残部および前記他方の副光束の残部とはそれぞれ異なる方向に回折する格子パターンを有することを特徴とする請求項１または２記載の光学ヘッド。
  7. 前記回折素子の前記中央部は、前記情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の格子パターンを有することを特徴とする請求項６記載の光学ヘッド。
  8. 前記回折素子は、前記一対の副光束のそれぞれのサジタル光線の焦点位置と、前記主光束のサジタル光線の焦点位置とを一致させるようなレンズ作用を備える格子パターンを有することを特徴とする請求項１又は２記載の光学ヘッド。
  9. 前記回折素子は、前記光源と同じ位置に配置された第１の光源と、前記一対の副光束のうちの一方の副光束の前記光ディスク上の光スポットと共役となる位置に配置されるとともに、前記回折素子の中心までの距離が前記第１の光源から前記回折素子の中心までの距離と略一致するように配置された第２の光源とから照射される光により形成される干渉縞パターンを有することを特徴とする請求項８記載の光学ヘッド。
  10. 前記回折素子は、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向に対応した中央付近に、前記情報トラックに垂直な方向に延伸する直線形状の直線格子と、前記直線格子に対して略線対称であり、前記光ディスクの情報トラックに沿った方向で対向する両縁部に向かって、格子ピッチが大きくなるとともに湾曲する円弧状の格子とを含む連続的な干渉縞パターンを有することを特徴とする請求項９記載の光学ヘッド。
  11. 前記回折素子は、前記直線格子と、メインビームの光軸が前記回折素子を通過する点である前記回折素子の中心との距離が、前記回折素子の有効径の１／４以下となる干渉縞パターンを有することを特徴とする請求項１０記載の光学ヘッド。
  12. 光ディスクに対して情報信号の記録および／または再生を行う光ディスク装置であって、
    前記光ディスクを回転させるスピンドルモータと、
    請求項１から１１のいずれか一項記載の光学ヘッドであり、前記光ディスクで反射された前記主光束と前記一対の副光束を受光してそれぞれの光束の光量に対応した電気信号に変換する受光素子と、前記光ディスクの前記情報トラックに対して前記対物レンズを上下方向および径方向に駆動するアクチュエータとを備えた光学ヘッドと、
    前記光学ヘッドの前記受光素子から受け取った電気信号からフォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号を生成する信号処理部と、
    前記スピンドルモータの駆動を制御するとともに、前記信号処理部から受け取った前記フォーカス誤差信号および前記トラッキング誤差信号に基づき、前記光学ヘッドの前記アクチュエータの駆動を制御して前記光ディスクに対するフォーカスサーボおよびトラッキングサーボを行う制御部とを備えることを特徴とする光ディスク装置。
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