JPWO2008044403A1 - 光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置、誤差信号生成方法 - Google Patents

Abstract

回折光学素子は、光源から出射される出射光からメインビーム、２つのサブビームを生成し、対物レンズは、そのメインビーム、２つのサブビームを光記録媒体上に集光する。光検出器は、光記録媒体で反射されたメインビームおよび２つのサブビームの反射光を受光する。回折光学素子は、光記録媒体の接線方向に対応する接線方向分割線と、光記録媒体の半径方向に対応する第１および第２の半径方向分割線とにより、それぞれ光学特性が異なる６個の領域に分割される。第１サブビームの第１の半径方向分割線と接線方向分割線との交点を通る光線は、対物レンズの中心の近傍を通り、第２サブビームの第２の半径方向分割線と接線方向分割線との交点を通る光線は、対物レンズの中心の近傍を通る。

Description

本発明は、溝を有する光記録媒体に対する記録および再生を行う光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置、誤差信号生成方法に関する。

追記型や書換可能型の光記録媒体には、トラックを構成する溝が形成されている。これらの光記録媒体に対するトラック誤差信号の検出方式として、プッシュプル法が知られている。しかし、単純なプッシュプル法によるトラック誤差信号は、光ヘッド装置の対物レンズが光記録媒体の半径方向へシフトするとオフセットを生じる。オフセットがあるとトラックサーボの動作が不安定になり、光記録媒体に対して記録や再生を正しく行うことができなくなる。このようなレンズシフトによるオフセットを抑制できるトラック誤差信号の検出方式として、差動プッシュプル法が知られている。

一方、光記録媒体に対するフォーカス誤差信号の検出方式として、非点収差法が知られている。しかし、単純な非点収差法によるフォーカス誤差信号は、光記録媒体上の集光スポットが光記録媒体の溝を横断すると溝横断雑音を生じる。溝横断雑音があるとフォーカスサーボの動作が不安定になり、光記録媒体に対して記録や再生を正しく行うことができなくなる。このような溝横断雑音を抑制できるフォーカス誤差信号の検出方式として、差動非点収差法が知られている。

ところで、追記型や書換可能型の光記録媒体には、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷやＨＤ ＤＶＤ−Ｒ、ＨＤ ＤＶＤ−ＲＷのように、グルーブに対してのみ記録や再生を行うグルーブ記録方式の光記録媒体と、ＤＶＤ−ＲＡＭやＨＤ ＤＶＤ−ＲＡＭのように、ランドとグルーブの両方に対して記録や再生を行うランド／グルーブ記録方式の光記録媒体とがある。ここで言うランドおよびグルーブは、光記録媒体への入射光の側から見て、それぞれ溝による凹部および凸部に相当する。グルーブ記録方式の光記録媒体とランド／グルーブ記録方式の光記録媒体とでは、溝のピッチが異なる。光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置には、このような溝のピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対し、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号および差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を検出できることが要求される。

フォーカス誤差信号を検出する光ピックアップ装置として、特許文献１（特開平１１−２１９５２９号公報）に開示される装置が知られる。この光ピックアップ装置は、光源と、回折格子と、対物レンズと、ホログラムと、単一のフォトディテクタとを備える。光源は、記録媒体に向けて出射光を発射する。回折格子は、光源から発射される出射光を主ビームと少なくとも２つのサブビームとに分割する。対物レンズは、回折格子から分割された主ビームとサブビームとをそれぞれ独立的に記録媒体上に集光させる。ホログラムは、記録媒体から反射され、対物レンズを通過した反射光を相互焦点距離が異なる第１回折ビーム及び第２回折ビームに分割し、光源の出射光軸の一側方向に回折させる。単一のフォトディテクタは、第１回折ビーム及び第２回折ビームを受光し、その受光した回折ビームを基礎にフォーカスエラー信号を検出するために複数個に分割された受光素子からなる。

また、フォーカス誤差信号およびトラック誤差信号を得る光ヘッド装置は、特許文献２（特開２００５−３１７１０６号公報）に開示される。この光ヘッド装置は、光源と、対物レンズと、光検出器とを有する。対物レンズは、トラックを構成する溝を有する円盤状の光記録媒体上に光源からの出射光を集光する。光検出器は、光記録媒体からの反射光を受光する。光ヘッド装置は、光源からの出射光から、対物レンズにより光記録媒体上に集光される光として、メインビーム、第一のサブビームおよび第二のサブビームを生成するビーム生成手段を有する。この第一のサブビームは、光軸を含む平面を境界とする第一および第二の部分から構成され、第二のサブビームは、光軸を含む平面を境界とする第三および第四の部分から構成されている。ビーム生成手段は、これら第一から第四の部分の強度分布が下記になるように構成されるビーム生成手段をさらに有する。第一のサブビームの第一の部分および第二のサブビームの第四の部分は、メインビームの対応する部分と光軸に垂直な断面内における光軸上の強度で規格化した強度分布が異なる。それと共に、第一のサブビームの第二の部分および第二のサブビームの第三の部分は、メインビームの対応する部分と光軸に垂直な断面内における光軸上の強度で規格化した強度分布がほぼ同じである。光検出器は、光記録媒体からの反射光として、光記録媒体で反射されたメインビーム、光記録媒体で反射された第一のサブビームの第一および第二の部分、光記録媒体で反射された第二のサブビームの第三および第四の部分を、それぞれからフォーカス誤差信号および／またはトラック誤差信号を検出するために個別に受光する。

溝のピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対し、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号および差動非点収差法によるフォーカス誤差信号を検出できる光ヘッド装置としては、特許文献３（特開平９−８１９４２号公報）に開示される光ヘッド装置が知られている。この光ヘッド装置においては、光源である半導体レーザからの出射光は、後述する回折光学素子によりメインビームである０次光、サブビームである±１次回折光の３つの光に分割される。これらの光は対物レンズで光記録媒体であるディスクの同一トラック上に集光される。ディスクで反射されたメインビームの反射光およびサブビームの反射光は、光検出器で受光される。光検出部は複数の受光部を有し、メインビームの反射光を受光する受光部からの出力に基づいて、光ヘッド装置は、メインビームに対するプッシュプル信号ＭＰＰ、フォーカス誤差信号ＭＦＥを検出する。また、サブビームの反射光を受光する受光部からの出力に基づいて光ヘッド装置は、サブビームに対するプッシュプル信号ＳＰＰ、フォーカス誤差信号ＳＦＥを検出する。差動プッシュプル法によるトラック誤差信号ＤＰＰおよび差動非点収差法によるフォーカス誤差信号ＤＦＥは、以下の式により与えられる。
ＤＰＰ＝ＭＰＰ−Ｋ１×ＳＰＰ（Ｋ１は定数）
ＤＦＥ＝ＭＦＥ＋Ｋ２×ＳＦＥ（Ｋ２は定数）

図１は、上述の光ヘッド装置の回折光学素子の平面図である。回折光学素子３ａは、入射光の光軸を通りディスクの接線方向に対応する分割線で領域４１ａ、４１ｂの２つの領域に分割され、各々の領域に回折格子が形成されている。回折格子の方向は、ディスクの半径方向に対応する方向であり、回折格子のパタンは、等ピッチの直線状である。また、領域４１ａにおける回折格子の位相と、領域４１ｂにおける回折格子の位相とは、互いに略１８０°ずれている。従って、領域４１ａからの＋１次回折光の位相と、領域４１ｂからの＋１次回折光の位相とは、互いに略１８０°ずれ、領域４１ａからの−１次回折光の位相と、領域４１ｂからの−１次回折光の位相とは、互いに略１８０°ずれる。なお、図中に破線で示される円は、入射光の断面に相当する。

また、回折光学素子３ａを、図２に示されるような回折光学素子３ｂに置き換えた光ヘッド装置も考えられる。図２は、回折光学素子３ｂの平面図である。回折光学素子３ｂは、入射光の光軸を通りディスクの接線方向に対応する分割線および半径方向に対応する分割線で領域４２ａ〜４２ｄの４つの領域に分割され、各々の領域に回折格子が形成されている。回折格子の方向は、ディスクの半径方向に対応する方向であり、回折格子のパタンは、等ピッチの直線状である。領域４２ａ、４２ｄにおける回折格子の位相と、領域４２ｂ、４２ｃにおける回折格子の位相とは、互いに略１８０°ずれている。従って、領域４２ａ、４２ｄからの＋１次回折光の位相と、領域４２ｂ、４２ｃからの＋１次回折光の位相とは、互いに略１８０°ずれ、領域４２ａ、４２ｄからの−１次回折光の位相と、領域４２ｂ、４２ｃからの−１次回折光の位相とは、互いに略１８０°ずれる。なお、図中に破線で示される円は、入射光の断面に相当する。

図３Ａ〜Ｃにフォーカス誤差信号の計算例が示される。図３Ａ〜Ｃには、対物レンズの中心を通りディスクの接線方向に平行な直線で分割された２つの領域のうち、一方の領域におけるサブビームの位相と他方の領域におけるサブビームの位相が略１８０°ずれている場合の計算例が示されている。

図３Ａは、メインビームに対するフォーカス誤差信号ＭＦＥをメインビームに対する和信号ＭＳＵＭで規格化した信号の計算例を示している。図３Ｂは、サブビームに対するフォーカス誤差信号ＳＦＥをサブビームに対する和信号ＳＳＵＭで規格化した信号の計算例を示している。図３Ｃは、Ｋ２＝ＭＳＵＭ／ＳＳＵＭとしたときの差動非点収差法におけるフォーカス誤差信号ＤＦＥを２×ＭＳＵＭで規格化した信号の計算例を示している。グラフの横軸はディスクのデフォーカス量、縦軸はフォーカス誤差信号の信号レベルを示す。また、グラフ中の黒丸は、集光スポットがランド上にある場合のフォーカス誤差信号、白丸は集光スポットがグルーブ上にある場合のフォーカス誤差信号を表している。計算条件は、光源の波長４０５ｎｍ、対物レンズの開口数０．６５、溝のピッチ０．６８μｍ、溝の深さ４５ｎｍである。

図３Ａ〜Ｃに示される計算例において、メインビームのみを用いて単純な非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、図３Ａに示されるように、ランドにおけるフォーカス誤差信号の波形と、グルーブにおけるフォーカス誤差信号の波形とは、異なるため、溝横断雑音が発生する。これに対して、メインビームとサブビームとを用いて、差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、図３Ｃに示されるように、ランドにおけるフォーカス誤差信号の波形と、グルーブにおけるフォーカス誤差信号の波形とは、原点付近では一致し、溝横断雑音の軽減が見込める。しかし、それ以外の部分では異なるため、溝横断雑音を十分に抑制することはできない。これは、図３Ａに示されるメインビームに対するフォーカス誤差信号の波形と、図３Ｂに示されるサブビームに対するフォーカス誤差信号の波形とが、原点付近以外の部分ではランドとグルーブで互いに逆にならず、それらを加算することにより、ランドとグルーブとにおける波形の違いが十分に相殺されないためである。

回折光学素子３ａを用いた光ヘッド装置におけるフォーカス誤差信号は、図３Ａ〜Ｃに示されるような信号となる。従って、回折光学素子３ａを用いた光ヘッド装置においては、ランドとグルーブそれぞれにおけるフォーカス誤差信号の波形が一致する範囲、すなわち、差動非点収差法により溝横断雑音を抑制できるデフォーカス量の範囲は狭く、溝横断雑音を十分に抑制できない。

図８に、回折光学素子を用いた光ヘッド装置における、回折光学素子から対物レンズまでのメインビームおよびサブビームの光路が示される。ここでは、図８における回折光学素子３は、回折光学素子３ｂに相当する。回折光学素子３ｂを０次光として透過したメインビーム１６ａは、回折光学素子３ｂで偏向されずに対物レンズ６へ向かう。そのため、対物レンズ６へ入射するメインビーム１６ａの光軸は、対物レンズ６の中心を通る。これに対して、回折光学素子３ｂにより＋１次回折光として回折されたサブビーム１６ｂは、回折光学素子３ｂにおいて図の上側へ偏向されて対物レンズ６へ向かう。そのため、対物レンズ６に入射するサブビーム１６ｂの光軸は、対物レンズ６の中心を通らず、対物レンズ６の中心に対して図の上側へずれる。回折光学素子３ｂにより−１次回折光として回折されたサブビーム１６ｃは、回折光学素子３ｂにおいて図の下側へ偏向されて対物レンズ６へ向かう。そのため、対物レンズ６に入射するサブビーム１６ｃの光軸は、対物レンズ６の中心を通らず、対物レンズ６の中心に対して図の下側へずれる。

このときの対物レンズ６への入射光の断面と対物レンズ６との位置関係が図４Ａ〜Ｃに示される。図４Ａに、メインビーム１６ａの断面と対物レンズ６との位置関係が示される。図中に破線で示される入射光の断面１８ａの中心と、対物レンズ６の中心とは、一致している。

図４Ｂに、サブビーム１６ｂの断面と対物レンズ６との位置関係が示される。図中に破線で示される入射光の断面１８ｂの中心は、対物レンズ６の中心に対して図の上側へずれている。また、図中に点線で示される２本の直線は、回折光学素子３ｂの２本の分割線に相当しており、入射光の断面１８ｂの中心を通る。従って、サブビーム１６ｂのうち回折光学素子３ｂの領域４２ａ、４２ｂで回折された光が対物レンズ６に入射する割合は、サブビーム１６ｂのうち回折光学素子３ｂの領域４２ｃ、４２ｄで回折された光が対物レンズ６に入射する割合に比べて小さくなる。

図４Ｃに、サブビーム１６ｃの断面と対物レンズ６との位置関係が示される。図中に破線で示される入射光の断面１８ｃの中心は、対物レンズ６の中心に対して図の下側へずれている。また、図中に点線で示される２本の直線は、回折光学素子３ｂの２本の分割線に相当しており、入射光の断面１８ｃの中心を通る。従って、サブビーム１６ｃのうち回折光学素子３ｂの領域４２ａ、４２ｂで回折された光が対物レンズ６に入射する割合は、サブビーム１６ｂのうち回折光学素子３ｂの領域４２ｃ、４２ｄで回折された光が対物レンズ６に入射する割合に比べて大きくなる。

回折光学素子３ｂを用いた光ヘッド装置におけるフォーカス誤差信号は、図３Ａ〜Ｃに示される信号に較べると、改善されるが十分ではない。すなわち、回折光学素子３ｂを用いた光ヘッド装置においても、ランドとグルーブそれぞれにおけるフォーカス誤差信号の波形が一致する範囲、すなわち、差動非点収差法により溝横断雑音を抑制できるデフォーカス量の範囲は狭く、溝横断雑音を十分に抑制できない。

本発明の目的は、溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号が得られる光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置、誤差信号生成方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、溝のピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対して良好なフォーカス誤差信号を得る光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置、誤差信号生成方法を提供することにある。

本発明の観点では、光ヘッド装置は、光源と、回折光学素子と、対物レンズと、光検出器とを具備する。回折光学素子は、光源から出射される出射光から少なくともメインビーム、第１サブビーム、第２サブビームを生成する。対物レンズは、回折光学素子で生成されるメインビーム、第１サブビーム、第２サブビームを光記録媒体上に集光する。この光記録媒体は、複数のトラックを構成する溝を有する。光検出器は、光記録媒体で反射されたメインビームの反射光、第１サブビームの反射光、第２サブビームの反射光を受光する。回折光学素子は、光記録媒体の接線方向に対応する接線方向分割線と、光記録媒体の半径方向に対応する第１の半径方向分割線および第２の半径方向分割線とにより、光学特性が異なる６個の領域に分割される。第１サブビームにおける、第１の半径方向分割線と接線方向分割線との交点を通る光線は、対物レンズの中心の近傍を通る。第２サブビームにおける、第２の半径方向分割線と接線方向分割線との交点を通る光線は、対物レンズの中心の近傍を通る。

本発明の光ヘッド装置では、第１サブビームにおける、第２の半径方向分割線と接線方向分割線との交点を通る光線は、対物レンズの開口の外側を通る。また、第２サブビームにおける、第１の半径方向分割線と接線方向分割線との交点を通る光線は、対物レンズの開口の外側を通る。

また、本発明の光ヘッド装置では、回折光学素子は、回折格子を備える。この回折格子は、上記のように６個の領域に分割される。各領域の回折格子の位相は、隣接する領域の回折格子の位相と互いに略１８０°ずれている。

本発明の光ヘッド装置では、６個に分割された領域は、第１領域群と、第２領域群とに分けられる。第１領域群は、接線方向分割線の左側かつ第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線との上側である左上側領域と、接線方向分割線の右側かつ第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線とにより挟まれる右中央領域と、接線方向分割線の左側かつ第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線との下側である左下側領域とを含む。第２領域群は、接線方向分割線の右側かつ第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線との上側である右上側領域と、接線方向分割線の左側かつ第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線とにより挟まれる左中央領域と、接線方向分割線の右側かつ第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線との下側である右下側領域とを含む。この第１領域群の回折格子の位相と、第２領域群の回折格子の位相とは互いに略１８０°ずれている。

本発明の光ヘッド装置では、メインビーム、第１サブビーム、第２サブビームは、光源から出射された出射光が回折光学素子により分割された０次光、＋１次回折光、−１次回折光である。また、対物レンズは、メインビーム、第１サブビーム、第２サブビームを複数のトラックのうちの同一トラック上に集光する。

また、本発明の光学式情報記録再生装置は、上記の光ヘッド装置と、第１の回路と、第２の回路と、第３の回路とを具備する。第１の回路は、光源を駆動する。第２の回路は、光検出器から出力される信号に基づいて、フォーカス誤差信号と、トラック誤差信号と、光記録媒体に記録されたＲＦ信号とを検出する。第３の回路は、フォーカス誤差信号およびトラック誤差信号に基づいて対物レンズを駆動する。

本発明の光学式情報記録再生装置は、差動非点収差法によりフォーカス誤差信号を生成する。

本発明の他の観点では、誤差信号生成方法は、生成ステップと、集光ステップと、光検出ステップとを具備する。生成ステップは、光源から出射される出射光から少なくともメインビーム、第１サブビーム、第２サブビームを生成するステップである。集光ステップは、メインビーム、第１サブビーム、第２サブビームを光記録媒体上に対物レンズにより集光するステップである。この光記録媒体は、複数のトラックを構成する溝を有する。光検出ステップは、光記録媒体で反射されたメインビームの反射光、第１サブビームの反射光、第２サブビームの反射光を受光するステップである。この生成ステップは、光記録媒体の接線方向に対応する接線方向分割線と、光記録媒体の半径方向に対応する第１の半径方向分割線および第２の半径方向分割線とにより、入射光を６個の領域に分割してメインビーム、第１サブビーム、第２サブビームを生成するステップを備える。第１サブビームにおける、第１の半径方向分割線と接線方向分割線との交点を通る光線は、対物レンズの中心の近傍を通る。第２サブビームにおける、第２の半径方向分割線と接線方向分割線との交点を通る光線は、対物レンズの中心の近傍を通る。

また、本発明の誤差信号生成方法では、第１サブビームにおける、第２の半径方向分割線と接線方向分割線との交点を通る光線は、対物レンズの開口の外側を通り、第２サブビームにおける、第１の半径方向分割線と接線方向分割線との交点を通る光線は、対物レンズの開口の外側を通ることが好ましい。

本発明の誤差信号生成方法では、生成ステップは、上述のように６個の領域に分割され、各領域毎に光学特性の異なる回折格子により、メインビーム、第１サブビーム、第２サブビームを生成するステップを備える。回折格子の６分割された領域の各々の位相は、隣接する領域の回折格子の位相と互いに略１８０°ずれていることが好ましい。また、本発明の誤差信号生成方法では、差動非点収差法によりフォーカス誤差信号が生成される。

本発明によれば、溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号が得られる光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置、誤差信号生成方法を提供することができる。また、本発明によれば、溝のピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対して良好なフォーカス誤差信号を得る光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置、誤差信号生成方法を提供することができる。

図１は、従来の光ヘッド装置に用いられる回折光学素子の平面図である。 図２は、従来の光ヘッド装置に用いられる他の回折光学素子の平面図である。 図３Ａ〜Ｃは、フォーカス誤差信号の計算例を示す図である。 図４Ａ〜Ｃは、従来の光ヘッド装置における対物レンズへの入射光の断面と対物レンズとの位置関係を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る光学式情報記録再生装置の構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示すブロック図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置が備える回折光学素子の平面図を示す。 図８は、回折光学素子から対物レンズまでのメインビームおよびサブビームの光路を示す図である。 図９Ａ〜Ｃは、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置における対物レンズへの入射光の断面と対物レンズとの位置関係を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係るディスク上の集光スポットの配置を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係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。 図１２Ａ〜Ｃは、本発明の実施の形態に係るフォーカス誤差信号の計算例を示す図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図５に、本発明の実施の形態に係る光学式情報記録再生装置の構成を示すブロック図が示される。光学式情報記録再生装置は、光ヘッド装置５０、記録信号生成回路１９、半導体レーザ駆動回路２０、プリアンプ２１、再生信号生成回路２２、誤差信号生成回路２３、対物レンズ駆動回路２４を具備する。光ヘッド装置５０の詳細は後述するが、半導体レーザ１、コリメータレンズ２、回折光学素子３、偏光ビームスプリッタ４、１／４波長板５、対物レンズ６、円筒レンズ８、凸レンズ９、光検出器１０を備える。

記録信号生成回路１９は、入力される記録データに基づいて、半導体レーザ１を駆動するための記録信号を生成する。半導体レーザ駆動回路２０は、記録信号生成回路１９から出力される記録信号に基づいて、半導体レーザ１を駆動する。これにより、ディスク７への信号の記録が行われる。半導体レーザ駆動回路２０は、光源を駆動する第一の回路系に相当する。

プリアンプ２１は、光検出器１０から出力される電流信号を電圧信号に変換する。再生信号生成回路２２は、プリアンプ２１から出力される電圧信号に基づいて再生信号を生成し、再生データを外部へ出力する。これにより、ディスク７からの信号の再生が行われる。

また、誤差信号生成回路２３は、プリアンプ２１から出力される電圧信号に基づいて、対物レンズ６を駆動するための、差動非点収差法によるフォーカス誤差信号および差動プッシュプル法によるトラック誤差信号を生成する。対物レンズ駆動回路２４は、誤差信号生成回路２３から出力されるフォーカス誤差信号およびトラック誤差信号に基づいて、アクチュエータ（図示せず）により対物レンズ６を駆動する。これにより、フォーカスサーボおよびトラックサーボの動作が行われる。

プリアンプ２１、再生信号生成回路２２、誤差信号生成回路２３は、光検出器１０からの出力に基づいて、フォーカス誤差信号、トラック誤差信号、光記録媒体に記録されたＲＦ信号を検出する第二の回路系に相当する。また、対物レンズ駆動回路２４は、フォーカス誤差信号、トラック誤差信号に基づいて、対物レンズ６を駆動する第三の回路系に相当する。光学式情報記録再生装置は、これら以外に、ディスク７を回転させるスピンドル制御回路、光ヘッド装置５０全体をディスク７に対して移動させるポジショナ制御回路等を含んでいる。

本実施の形態では、ディスク７に対して記録および再生を行う記録再生装置を例示するが、ディスク７に対して再生のみを行う再生専用装置であってもよい。この場合、半導体レーザ１は、半導体レーザ駆動回路２０により記録信号に基づいて駆動されるのではなく、常に一定の出力で駆動される。

図６に、本発明の光ヘッド装置５０の構成を示すブロック図が示される。光源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３によりメインビームである０次光、第一のサブビームである＋１次回折光、第二のサブビームである−１次回折光の３つの光に分割される。これらの光は、偏光ビームスプリッタ４にＰ偏光として入射して殆んど全てが透過し、１／４波長板５を透過して直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ６で光記録媒体であるディスク７の同一トラック上に集光される。

ディスク７で反射されたメインビームの反射光、第一のサブビームの反射光、第二のサブビームの反射光は、対物レンズ６を逆向きに通り、１／４波長板５を透過して円偏光から往路と偏光方向が直交した直線偏光に変換される。直線偏光に変換されたこれらの光は、偏光ビームスプリッタ４にＳ偏光として入射して殆んど全てが反射され、円筒レンズ８、凸レンズ９を透過して光検出器１０で受光される。

図７は、回折光学素子３の平面図である。回折光学素子３は、入射光の光軸を通りディスク７の接線方向に対応する分割線３０と、入射光の光軸に関して対称でディスク７の半径方向に対応する２つの分割線３１、３２とにより領域１１ａ〜１１ｆの６つの領域に分割され、各々の領域に回折格子が形成されている。回折格子の方向は、ディスクの半径方向に対応する方向であり、回折格子のパタンは、等ピッチの直線状である。また、領域１１ａ、１１ｄ、１１ｅにおける回折格子の位相と、領域１１ｂ、１１ｃ、１１ｆにおける回折格子の位相とは、互いに略１８０°ずれている。従って、領域１１ａ、１１ｄ、１１ｅからの＋１次回折光の位相と、領域１１ｂ、１１ｃ、１１ｆからの＋１次回折光の位相とは、互いに略１８０°ずれる。また、領域１１ａ、１１ｄ、１１ｅからの−１次回折光の位相と、領域１１ｂ、１１ｃ、１１ｆからの−１次回折光の位相とは、互いに略１８０°ずれる。なお、図中に点線で示す円は、入射光の断面に相当する。

回折光学素子３における接線方向分割線３０は、領域１１ａ、１１ｃ、１１ｅと領域１１ｂ、１１ｄ、１１ｆとを隔てる分割線である。第一の半径方向分割線３１は、領域１１ｃ、１１ｄと領域１１ｅ、１１ｆとを隔てる分割線である。第二の半径方向分割線３２は、領域１１ａ、１１ｂと領域１１ｃ、１１ｄとを隔てる分割線である。

ここで、半導体レーザ１の波長をλ、回折格子３の屈折率をｎ、回折格子３の高さをｈとし、ｈ＝０．１１５λ／（ｎ−１）であるとする。このとき、回折格子３の透過率は約８７．５％、±１次回折効率はそれぞれ約５．１％となる。すなわち、回折格子３に入射した光は、０次光として約８７．５％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ約５．１％が回折される。

回折光学素子３から対物レンズ６までのメインビームおよびサブビームの光路は、図８に示される。０次光として回折光学素子３を透過したメインビーム１６ａは、回折光学素子３で偏向されずに対物レンズ６へ向かうため、対物レンズ６に入射するメインビーム１６ａの光軸は、対物レンズ６の中心を通る。これに対して、回折光学素子３において＋１次回折光として回折された第一のサブビームであるサブビーム１６ｂは、回折光学素子３で図の上側へ偏向されて対物レンズ６へ向かう。そのため、対物レンズに入射するサブビーム１６ｂの光軸は、対物レンズ６の中心を通らず、対物レンズ６の中心に対して図の上側へずれる。回折光学素子３において−１次回折光として回折された第二のサブビームであるサブビーム１６ｃは、回折光学素子３で図の下側へ偏向されて対物レンズ６へ向かう。そのため、対物レンズ６に入射するサブビーム１６ｃの光軸は、対物レンズ６の中心を通らず、対物レンズ６の中心に対して図の下側へずれる。

このときの対物レンズ６への入射光の断面と対物レンズ６との位置関係が図９Ａ〜Ｃに示される。図９Ａには、メインビーム１６ａの断面と対物レンズ６との位置関係が示される。図中に破線で示される入射光の断面１７ａの中心と対物レンズ６の中心とは一致している。

図９Ｂには、第一のサブビームであるサブビーム１６ｂと対物レンズ６との位置関係が示される。図中に破線で示される入射光の断面１７ｂの中心は、対物レンズ６の中心に対して図の上側へずれている。また、図中に点線で示される３本の直線は、回折光学素子３の３本の分割線、すなわち、回折光学素子３の接線方向分割線３０、第一の半径方向分割線３１、第二の半径方向分割線３２に相当している。回折光学素子３の接線方向分割線３０と第一の半径方向分割線３１とに相当する２本の直線の交点は、対物レンズ６の中心と一致する。また、回折光学素子３の接線方向分割線３０と第二の半径方向分割線３２とに相当する２本の直線の交点は、対物レンズ６の内部に含まれない。従って、サブビーム１６ｂのうち回折光学素子３の領域１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆのそれぞれで回折された光が対物レンズ６に入射する割合は等しくなる。

図９Ｃには、第二のサブビームであるサブビーム１６ｃの断面と対物レンズ６との位置関係が示される。図中に破線で示される入射光の断面１７ｃの中心は、対物レンズ６の中心に対して図の下側へずれている。また、図中に点線で示される３本の直線は、３本の分割線、すなわち、回折光学素子３の接線方向分割線３０、第一の半径方向分割線３１、第二の半径方向分割線３２に相当している。回折光学素子３の接線方向分割線３０と第二の半径方向分割線３２とに相当する２本の直線の交点は、対物レンズ６の中心と一致する。また、回折光学素子３の接線方向分割線３０と第一の半径方向分割線３１とに相当する２本の直線の交点は、対物レンズ６の内部に含まれない。従って、サブビーム１６ｃのうち回折光学素子３の領域１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄのそれぞれで回折された光が対物レンズ６に入射する割合は等しくなる。

回折光学素子３における第一の半径方向分割線３１と第二の半径方向分割線３２との間隔は、回折光学素子３から対物レンズ６までの光路長や回折光学素子３における±１次回折光の回折角により定めることができる。

対物レンズ６の入射領域を、対物レンズ６の中心を通りディスク７の接線方向に平行な直線と、対物レンズ６の中心を通りディスク７の半径方向に平行な直線とにより４つの領域に分割し、それぞれの領域に入射する光の位相を比較する。第一のサブビーム１６ｂの場合、図９Ｂに示されるように、対物レンズ６の入射領域の分割線と、回折光学素子３の分割線に相当する直線とが一致し、一方の対角に位置する２つの領域に入射する光の位相と、他方の対角に位置する２つの領域に入射する光の位相とは、互いに略１８０°ずれることになる。また、第二のサブビーム１６ｃの場合も、図９Ｃに示されるように、対物レンズ６の入射領域の分割線と、回折光学素子３の分割線に相当する直線とが一致し、一方の対角に位置する２つの領域に入射する光の位相と、他方の対角に位置する２つの領域に入射する光の位相とは、互いに略１８０°ずれることになる。

図１０にディスク７上の集光スポットの配置が示される。集光スポット１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれ回折光学素子３からの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。３つの集光スポットは、同一のトラック１２上に配置される。

第一のサブビームである集光スポット１３ｂ、第二のサブビームである集光スポット１３ｃは、ディスク７の接線方向に平行な直線および半径方向に平行な直線で隔てられた左上側、右上側、左下側、右下側に、強度が等しい４つのピークを持つ。本実施の形態においては、３つの集光スポットが同一のトラック上に配置され、溝のピッチの影響を受けないため、溝のピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対して記録や再生を行うことができる。

図１１に、光検出器１０の受光部と光検出器１０上に形成される光スポットとの位置関係が示される。光スポット１４ａは、メインビームである回折光学素子３からの０次光に相当し、ディスク７の接線方向に対応する分割線および半径方向に対応する分割線で４つに分割された受光部１５ａ〜１５ｄで受光される。光スポット１４ｂは、第一のサブビームである回折光学素子３からの＋１次回折光に相当し、ディスク７の接線方向に対応する分割線および半径方向に対応する分割線で４つに分割された受光部１５ｅ〜１５ｈで受光される。光スポット１４ｃは、第二のサブビームである回折光学素子３からの−１次回折光に相当し、ディスク７の接線方向に対応する分割線および半径方向に対応する分割線で４つに分割された受光部１５ｉ〜１５ｌで受光される。ここで、円筒レンズ８の作用により、ディスク７の接線方向に対応する方向と半径方向に対応する方向とは、入れ替わっている。

受光部１５ａ〜１５ｌからの出力をそれぞれＶ１５ａ〜Ｖ１５ｌとすると、メインビームに対するプッシュプル信号ＭＰＰ、メインビームに対するフォーカス誤差信号ＭＦＥ、サブビームに対するプッシュプル信号ＳＰＰ、サブビームに対するフォーカス誤差信号ＳＦＥは、それぞれ以下の式により与えられる。
ＭＰＰ＝（Ｖ１５ａ＋Ｖ１５ｂ）−（Ｖ１５ｃ＋Ｖ１５ｄ）
ＳＰＰ＝（Ｖ１５ｅ＋Ｖ１５ｆ＋Ｖ１５ｉ＋Ｖ１５ｊ）−（Ｖ１５ｇ＋Ｖ１５ｈ＋Ｖ１５ｋ＋Ｖ１５ｌ）
ＭＦＥ＝（Ｖ１５ａ＋Ｖ１５ｄ）−（Ｖ１５ｂ＋Ｖ１５ｃ）
ＳＦＥ＝（Ｖ１５ｅ＋Ｖ１５ｈ＋Ｖ１５ｉ＋Ｖ１５ｌ）−（Ｖ１５ｆ＋Ｖ１５ｇ＋Ｖ１５ｊ＋Ｖ１５ｋ）

また、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号ＤＰＰおよび差動非点収差法によるフォーカス誤差信号ＤＦＥは、以下の式により与えられる。
ＤＰＰ＝ＭＰＰ−Ｋ１×ＳＰＰ（Ｋ１は定数）
ＤＦＥ＝ＭＦＥ＋Ｋ２×ＳＦＥ（Ｋ２は定数）

さらに、ディスク７に記録されたＲＦ信号は、（Ｖ１５ａ＋Ｖ１５ｂ＋Ｖ１５ｃ＋Ｖ１５ｄ）の高周波成分から得られる。

図１２Ａ〜Ｃにフォーカス誤差信号の計算例が示される。図１２Ａ〜Ｃには、対物レンズの中心を通りディスクの接線方向に平行な直線、および対物レンズの中心を通りディスクの半径方向に平行な直線で分割された４つの領域のうち、一方の対角に位置する２つの領域におけるサブビームの位相と他方の対角に位置する２つの領域におけるサブビームの位相が略１８０°ずれている場合の計算例が示されている。

図１２Ａは、メインビームに対するフォーカス誤差信号ＭＦＥをメインビームに対する和信号ＭＳＵＭで規格化した信号の計算例を示している。図１２Ｂは、サブビームに対するフォーカス誤差信号ＳＦＥをサブビームに対する和信号ＳＳＵＭで規格化した信号の計算例を示している。図１２Ｃは、Ｋ２＝ＭＳＵＭ／ＳＳＵＭとしたときの差動非点収差法におけるフォーカス誤差信号ＤＦＥを２×ＭＳＵＭで規格化した信号の計算例を示している。グラフの横軸はディスクのデフォーカス量、縦軸はフォーカス誤差信号の信号レベルを示す。また、グラフ中の黒丸は、集光スポットがランド上にある場合のフォーカス誤差信号、白丸は集光スポットがグルーブ上にある場合のフォーカス誤差信号を表している。計算条件は、光源の波長４０５ｎｍ、対物レンズの開口数０．６５、溝のピッチ０．６８μｍ、溝の深さ４５ｎｍである。

図１２Ａ〜Ｃに示される計算例において、メインビームのみを用いて単純な非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、図１２Ａに示されるように、ランドにおけるフォーカス誤差信号の波形と、グルーブにおけるフォーカス誤差信号の波形とは、異なるため、溝横断雑音が発生する。これに対して、メインビームとサブビームとを用いて、差動非点収差法によりフォーカス誤差信号の検出を行う場合、図１２Ｃに示されるように、ランドにおけるフォーカス誤差信号の波形と、グルーブにおけるフォーカス誤差信号の波形とは、デフォーカス量が±１．５μｍの範囲内でほぼ一致しているため、溝横断雑音を十分に抑制できる。これは、図１２Ａに示されるメインビームに対するフォーカス誤差信号の波形と、図１２Ｂに示されるサブビームに対するフォーカス誤差信号の波形とが、デフォーカス量が±１．５μｍの範囲内でランドとグルーブで互いに逆になり、それらを加算することにより、ランドとグルーブにおける波形の違いが十分に相殺されるためである。

本実施の形態におけるフォーカス誤差信号は、図１２Ａ〜Ｃに示されるような信号となる。すなわち、本実施の形態においては、ランドにおけるフォーカス誤差信号の波形とグルーブにおけるフォーカス誤差信号の波形とはほぼ一致する。従って、差動非点収差法により溝横断雑音を抑制できるデフォーカス量の範囲は広く、溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号が得られる。

上述のように、本発明の光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置において、対物レンズへ入射する第一のサブビームの断面における回折光学素子の接線方向分割線と第一の半径方向分割線とに相当する２本の直線の交点は、対物レンズの中心とほぼ一致させることができる。従って、第一のサブビームのうち、回折光学素子の接線方向分割線と第一の半径方向分割線とにより分割された４つの領域のそれぞれで回折された光が対物レンズに入射する割合はほぼ等しくなる。

また、対物レンズに入射する第二のサブビームの断面における回折光学素子の接線方向分割線と第二の半径方向分割線とに相当する２本の直線の交点は、対物レンズの中心とほぼ一致させることができる。従って、第二のサブビームのうち、回折光学素子の接線方向分割線と第二の半径方向分割線とにより分割された４つの領域のそれぞれで回折された光が対物レンズに入射する割合はほぼ等しくなる。

この場合のフォーカス誤差信号は、図１２Ａ〜Ｃに示されるような信号となる。すなわち、本発明の光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置においては、ランドとグルーブのそれぞれにおけるフォーカス誤差信号の波形がほぼ一致し、差動非点収差法により溝横断雑音を抑制できるデフォーカス量の範囲は広く、溝横断雑音を十分に抑制できる。

以上のように、対物レンズへ入射する第一のサブビームの断面における、回折光学素子の接線方向分割線と第一の半径方向分割線に相当する２つの直線の交点が対物レンズの中心とほぼ一致し、対物レンズへ入射する第二のサブビームの断面における、回折光学素子の接線方向分割線と第二の半径方向分割線に相当する２つの直線の交点が対物レンズの中心とほぼ一致する。従って、溝横断雑音が十分に抑制された良好なフォーカス誤差信号が得られる光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置、誤差信号生成方法を提供することができる。また、溝のピッチが異なる複数種類の光記録媒体に対して良好なフォーカス誤差信号を得る光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置、誤差信号生成方法を提供することができる。

Claims (12)

1. 光源と、
   前記光源から出射される出射光から少なくともメインビーム、第１サブビーム、第２サブビームを生成する回折光学素子と、
   前記回折光学素子で生成される前記メインビーム、前記第１サブビーム、前記第２サブビームを、複数のトラックを構成する溝を有する円盤状の光記録媒体上に集光する対物レンズと、
   前記光記録媒体で反射された前記メインビームの反射光、前記第１サブビームの反射光、前記第２サブビームの反射光を受光する光検出器と
   を具備し、
   前記回折光学素子は、前記光記録媒体の接線方向に対応する接線方向分割線と、前記光記録媒体の半径方向に対応する第１の半径方向分割線および第２の半径方向分割線とにより、光学特性が異なる６個の領域に分割され、
   前記第１サブビームにおける、前記第１の半径方向分割線と前記接線方向分割線との交点を通る光線は、前記対物レンズの中心の近傍を通り、
   前記第２サブビームにおける、前記第２の半径方向分割線と前記接線方向分割線との交点を通る光線は、前記対物レンズの中心の近傍を通る
   光ヘッド装置。
2. 前記第１サブビームにおける、前記第２の半径方向分割線と前記接線方向分割線との交点を通る光線は、前記対物レンズの開口の外側を通り、
   前記第２サブビームにおける、前記第１の半径方向分割線と前記接線方向分割線との交点を通る光線は、前記対物レンズの開口の外側を通る
   請求の範囲１に記載の光ヘッド装置。
3. 前記回折光学素子は、回折格子を備え、
   前記領域の各々の前記回折格子の位相は、隣接する前記領域の前記回折格子の位相と互いに略１８０°ずれている
   請求の範囲１または請求の範囲２に記載の光ヘッド装置。
4. 前記６個に分割された領域は、
   前記接線方向分割線の左側かつ前記第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線との上側である左上側領域と、
   前記接線方向分割線の右側かつ前記第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線とにより挟まれる右中央領域と、
   前記接線方向分割線の左側かつ前記第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線との下側である左下側領域と
   を含む第１領域群と、
   前記接線方向分割線の右側かつ前記第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線との上側である右上側領域と、
   前記接線方向分割線の左側かつ前記第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線とにより挟まれる左中央領域と、
   前記接線方向分割線の右側かつ前記第１の半径方向分割線と第２の半径方向分割線との下側である右下側領域と
   を含む第２領域群とに分けられ、
   前記第１領域群の前記回折格子の位相と、前記第２領域群の前記回折格子の位相とは互いに略１８０°ずれている
   請求の範囲３に記載の光ヘッド装置。
5. 前記メインビーム、第１サブビーム、第２サブビームは、前記光源から出射された出射光が前記回折光学素子により分割された０次光、＋１次回折光、−１次回折光である
   請求の範囲１から請求の範囲４のいずれかに記載の光ヘッド装置。
6. 前記対物レンズは、前記メインビーム、前記第１サブビーム、前記第２サブビームを前記複数のトラックのうちの同一トラック上に集光する
   請求の範囲１から請求の範囲５のいずれかに記載の光ヘッド装置。
7. 請求の範囲１から請求の範囲６のいずれかに記載の光ヘッド装置と、
   前記光源を駆動する第１の回路と、
   前記光検出器から出力される信号に基づいて、フォーカス誤差信号とトラック誤差信号と前記光記録媒体に記録されたＲＦ信号とを検出する第２の回路と、
   前記対物レンズを前記フォーカス誤差信号および前記トラック誤差信号に基づいて駆動する第３の回路と
   を具備する光学式情報記録再生装置。
8. 差動非点収差法により前記フォーカス誤差信号を生成する
   請求の範囲７に記載の光学式情報記録再生装置。
9. 前記光源から出射される出射光から少なくともメインビーム、第１サブビーム、第２サブビームを生成する生成ステップと、
   前記メインビーム、前記第１サブビーム、前記第２サブビームを、複数のトラックを構成する溝を有する円盤状の光記録媒体上に対物レンズにより集光する集光ステップと、
   前記光記録媒体で反射された前記メインビームの反射光、前記第１サブビームの反射光、前記第２サブビームの反射光を受光する光検出ステップと
   を具備し、
   前記生成ステップは、前記光記録媒体の接線方向に対応する接線方向分割線と、前記光記録媒体の半径方向に対応する第１の半径方向分割線および第２の半径方向分割線とにより、入射光を６個の領域に分割して前記メインビーム、前記第１サブビーム、前記第２サブビームを生成するステップを備え、
   前記第１サブビームにおける、前記第１の半径方向分割線と前記接線方向分割線との交点を通る光線は、前記対物レンズの中心の近傍を通り、
   前記第２サブビームにおける、前記第２の半径方向分割線と前記接線方向分割線との交点を通る光線は、前記対物レンズの中心の近傍を通る
   誤差信号生成方法。
10. 前記第１サブビームにおける、前記第２の半径方向分割線と前記接線方向分割線との交点を通る光線は、前記対物レンズの開口の外側を通り、
    前記第２サブビームにおける、前記第１の半径方向分割線と前記接線方向分割線との交点を通る光線は、前記対物レンズの開口の外側を通る
    請求の範囲９に記載の誤差信号生成方法。
11. 前記生成ステップは、前記６個の領域に分割され、各領域毎に光学特性の異なる回折格子により前記メインビーム、前記第１サブビーム、前記第２サブビームを生成するステップを備え、
    前記回折格子の６分割された領域の各々の位相は、隣接する前記領域の前記回折格子の位相と互いに略１８０°ずれている
    請求の範囲９または請求の範囲１０に記載の誤差信号生成方法。
12. 差動非点収差法によりフォーカス誤差信号を生成する
    請求の範囲９から請求の範囲１１のいずれかに記載の誤差信号生成方法。

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