(57)【要約】【課題】２層の記録層を有する光記録媒体に対し、対象層と非対象層の間隔が変化しても差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に乱れが生じず、記録や再生を正しく行うことができる光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置を提供する。【解決手段】半導体レーザからの出射光は、回折光学素子３ａ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によりディスク上に配置される。ディスクからの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。光検出器からの出力に基づいて、メインビームによるプッシュプル信号とサブビームによるプッシュプル信号の差である差動プッシュプル信号が演算され、この信号がトラック誤差信号として用いられる。回折光学素子３ａを用いることにより、サブビームはラゲール・ガウスビームとなる。【選択図】図１
2008059761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報トラックが形成された２層以上の記録層を有する円盤状の光記録媒体を使用対象とする光ヘッド装置であって、
光源からの出射光からメインビームおよびサブビーム群を生成する回折光学素子と、
前記メインビームおよび前記サブビーム群を前記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前記メインビームの反射光、前記サブビーム群の反射光のそれぞれを個別に受光する光検出器とを有し、
前記サブビーム群はラゲール・ガウスビームであることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は、入射光の光軸に垂直な面内に形成された回折格子を有し、
前記回折格子における格子の溝は、前記光記録媒体の半径方向に対応する方向に概ね平行であり、前記面内において、入射するビームの中心を通り前記光記録媒体の接線方向に対応する直線で隔てられた一方の側と他方の側で格子の位相が互いにずれており、前記入射するビームの中心を通り前記光記録媒体の半径方向に対応する直線で隔てられた一方の側と他方の側で、前記格子の位相のずれの向きが互いに逆である、請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記回折光学素子は、入射光の光軸に垂直な面内に形成された回折格子を有し、
前記回折格子における格子の溝は前記光記録媒体の半径方向に対応する方向に概ね平行であり、前記面内において、入射するビームの中心を通り前記光記録媒体の接線方向に対応する直線で隔てられた一方の側と他方の側で格子の位相が互いにずれており、前記入射するビームの中心に関して対称な前記光記録媒体の半径方向に対応する第一の直線および第二の直線で挟まれた内側とそれ以外の外側で、前記格子の位相のずれの向きが互いに逆である、請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記サブビーム群は奇数次のラゲール・ガウスビームであり、
前記光記録媒体上において、前記対物レンズにより形成される前記メインビームの集光スポットと前記サブビーム群の集光スポットは、同一の情報トラック上に配置される、請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記サブビーム群は、偶数次のラゲール・ガウスビームであり、
前記光記録媒体上において、前記対物レンズにより形成される前記サブビーム群の集光スポットは、前記対物レンズにより形成される前記メインビームの集光スポットに対し、前記情報トラックのピッチの半分だけずらして配置される、請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
光ヘッド装置と、演算手段とを有し、
前記光ヘッド装置は、
情報トラックが形成された２層以上の記録層を有する円盤状の光記録媒体を使用対象とし、光源と、該光源からの出射光からメインビームおよびサブビーム群を生成する回折光学素子と、前記メインビームおよび前記サブビーム群を前記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前記メインビームの反射光、前記サブビーム群の反射光のそれぞれを個別に受光する光検出器を有し、
前記サブビーム群はラゲール・ガウスビームであり、
前記演算手段は、
前記光検出器からの出力に基づいて、前記メインビームによるプッシュプル信号と前記サブビーム群によるプッシュプル信号の差である差動プッシュプル信号を演算することを特徴とする光学式情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２層以上の記録層を有する光記録媒体に対して記録や再生を行うための光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置に関するものである。なお、本発明の光学式情報記録再生装置は、光記録媒体に対して記録および再生を行う記録再生装置、光記録媒体に対して再生のみを行う再生専用装置の両方を含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤ−Ｒ、ＨＤ  ＤＶＤ−Ｒ等の追記型の光記録媒体、およびＤＶＤ−ＲＷ、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲＷ等の書換可能型の光記録媒体には、情報トラックである溝が形成されている。光記録媒体に対して記録や再生を行うための光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置は、光記録媒体上に形成される集光スポットを情報トラックに追従させるために、集光スポットの情報トラックからの位置ずれを表すトラック誤差信号を検出する機能を有する。追記型の光記録媒体および書換可能型の光記録媒体に対するトラック誤差信号の検出方法としては、一般にプッシュプル法が用いられる。【０００３】
しかし、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情報トラックに追従するために情報トラックに垂直な方向へシフトすると、大きなオフセットを生じる。このオフセットは、レンズシフトによるオフセットと呼ばれ、記録再生特性を悪化させる原因になる。このようなレンズシフトによるオフセットを生じないトラック誤差信号の検出方法として、差動プッシュプル法が知られている（特許文献１〜３）。【０００４】
図１０に示す関連する光ヘッド装置は、差動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を有している。図１０において、半導体レーザ１からの出射光は、コリメータレンズ２により平行光化され、回折光学素子３ｄ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、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によりディスク７上に集光される。【０００５】
ディスク７からのメインビームの反射光およびサブビームの反射光は、対物レンズ６を逆向きに透過し、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、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、光検出器１０で受光される。【０００６】
前記回折光学素子３ｄは図１１に示すように、矩形状の断面形状を有する複数の回折格子２０が基板２０の表面に形成された構成である。回折格子２０における格子の溝はディスク７の半径方向に平行であり、格子のパタンは等間隔の直線状である。回折光学素子３ｄへ入射した光は、０次光として約８７．６％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ約５．０％が回折される。なお、図中に点線で示す円は対物レンズ６の有効径２２に相当する。【０００７】
図１２に、ディスク７上の集光スポットの配置を示す。集光スポット１６ａ、１６ｄ、１６ｅは、それぞれ回折光学素子３ｄからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。メインビームである集光スポット１６ａは、トラック１５ａ上に集光されている。一方、サブビームである集光スポット１６ｄは、トラック１５ａとその右側に隣接するトラック１５ｂの中間に集光されており、サブビームである集光スポット１６ｅは、トラック１５ａとその左側に隣接するトラック１５ｃの中間に集光されている。【０００８】
図１３に、光検出器１０の受光部のパタンと光検出器１０上の光スポットの配置を示す。光検出器１０は、円筒レンズ８、凸レンズ９により構成されるレンズ系の２つの焦線の中間に設けられている。【０００９】
光スポット１７ａは回折光学素子３ｄからの０次光に相当し、ディスク７の半径方向（情報トラックに垂直な方向）に対応する分割線および接線方向（情報トラックに平行な方向）に対応する分割線で隔てられた４つの受光部１９ａ〜１９ｄ上に形成される。【００１０】
光スポット１７ｂは回折光学素子３ｄからの＋１次回折光に相当し、ディスク７の半径方向に対応する分割線で隔てられた２つの受光部１９ｅ、１９ｆ上に形成される。【００１１】
光スポット１７ｃは回折光学素子３ｄからの−１次回折光に相当し、ディスク７の半径方向に対応する分割線で隔てられた２つの受光部１９ｇ、１９ｈ上に形成される。【００１２】
ここで、円筒レンズ８、凸レンズ９により構成されるレンズ系の作用により、光スポット１７ａ〜１７ｃはレンズ系へ入射する前の光に対し、ディスク７の半径方向に対応する方向の強度分布と接線方向に対応する方向の強度分布が互いに入れ替わっている。なお、光スポット１８については後述する。【００１３】
受光部１９ａ〜１９ｈから出力される電圧信号のレベルをそれぞれＶ１９ａ〜Ｖ１９ｈで表す。このとき、メインビームによるプッシュプル信号ＭＰＰはＭＰＰ＝（Ｖ１９ａ＋Ｖ１９ｂ）−（Ｖ１９ｃ＋Ｖ１９ｄ）の演算から得られ、サブビームによるプッシュプル信号ＳＰＰはＳＰＰ＝（Ｖ１９ｅ＋Ｖ１９ｇ）−（Ｖ１９ｆ＋Ｖ１９ｈ）の演算から得られる。トラック誤差信号として用いられる差動プッシュプル信号ＤＰＰはＤＰＰ＝ＭＰＰ−Ｋ×ＳＰＰ（Ｋは定数）の演算から得られる。
【特許文献１】特開２００４−２８８２２７号公報
【特許文献２】特開２００６−２３６５８１号公報
【特許文献３】特開２００６−２５２６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ＤＶＤ−Ｒ、ＨＤ  ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＨＤ  ＤＶＤ−ＲＷ等の光記録媒体には、２層の記録層を有する光記録媒体がある。２層の記録層を有する光記録媒体を使用する場合、記録や再生を行う方の層である対象層にメインビームおよびサブビームを集光させると、記録や再生を行わない方の層である非対象層からのメインビームの反射光の一部が、対象層からのサブビームの反射光を受光する受光部へ外乱光として入射する。【００１５】
図１３における光スポット１８は、非対象層からのメインビームの反射光であり、その一部が受光部１９ｅ〜１９ｈへ外乱光として入射することがわかる。光スポット１８は光検出器１０上で大きく拡がっているため、光スポット１８のうち外乱光の割合は小さいが、サブビームである光スポット１７ｂ、１７ｃの光量に比べてメインビームである光スポット１８の光量は大きいため、光スポット１７ｂ、１７ｃの光量に比べて外乱光の光量は無視できない。このとき、光スポット１７ｂと外乱光は受光部１９ｅ、１９ｆ上で干渉し、光スポット１７ｃと外乱光は受光部１９ｇ、１９ｈ上で干渉する。【００１６】
ここで、対象層と非対象層の間隔が変化すると、光スポット１７ｂ、１７ｃと外乱光の位相差が変化する。光スポット１７ｂ、１７ｃと外乱光の位相差が０に近づくと、干渉により、受光部１９ｅ〜１９ｈ上の光の強度は強くなり、受光部１９ｅ〜１９ｈからの出力は大きくなる。【００１７】
これに対して、光スポット１７ｂ、１７ｃと外乱光の位相差がπに近づくと、干渉により、受光部１９ｅ〜１９ｈ上の光の強度は弱くなり、受光部１９ｅ〜１９ｈからの出力は小さくなる。このため、サブビームによるプッシュプル信号、さらに差動プッシュプル信号に乱れが生じ、記録や再生を正しく行うことができなくなる。【００１８】
図１４に、関連する光ヘッド装置による２層の記録層を有する光記録媒体に対するプッシュプル信号の観測例を示す。図１４（ａ）は対物レンズに近い層におけるメインビームおよびサブビームによるプッシュプル信号、図１４（ｂ）は対物レンズから遠い層におけるメインビームおよびサブビームによるプッシュプル信号である。図より、サブビームによるプッシュプル信号に乱れが生じていることがわかる。【００１９】
差動プッシュプル信号に生じる乱れを小さくするには、サブビームである光スポット１７ｂ、１７ｃの光量のメインビームである光スポット１８の光量に対する比を大きくし、光スポット１７ｂ、１７ｃと外乱光の干渉による受光部１９ｅ〜１９ｈ上の光の強度の変化を小さくすれば良い。しかし、サブビームの光量のメインビームの光量に対する比を大きくすると、メインビームの光量が不足してデータの記録が行えなくなったり、メインビームによるデータの記録中にサブビームによるデータの誤消去が生じたりする。このため、サブビームの光量のメインビームの光量に対する比は、通常は０．０５〜０．１程度の小さい値に設定される。このように、２層の記録層を有する光記録媒体に対して記録や再生を行う関連する光ヘッド装置には、トラック誤差信号の検出方法として差動プッシュプル法を用いる場合、対象層と非対象層の間隔が変化すると、差動プッシュプル信号に乱れが生じ、記録や再生を正しく行うことができなくなるという課題がある。【００２０】
本発明の目的は、２層の記録層を有する光記録媒体に対して記録や再生を行う関連する光ヘッド装置における上に述べた課題を解決し、対象層と非対象層の間隔が変化しても、差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に乱れが生じず、記録や再生を正しく行うことができる光ヘッド装置および光学式情報記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記目的を達成するため、本発明に係る光ヘッド装置は、情報トラックが形成された２層以上の記録層を有する円盤状の光記録媒体を使用対象とし、光源と、該光源からの出射光からメインビームおよびサブビーム群を生成する回折光学素子と、前記メインビームおよび前記サブビーム群を前記光記録媒体上に配置する対物レンズと、前記光記録媒体からの前記メインビームの反射光、前記サブビーム群の反射光のそれぞれを個別に受光する光検出器を有する光ヘッド装置において、前記サブビーム群はラゲール・ガウスビームであることを特徴とする。【００２２】
本発明に係る光学式情報記録再生装置は、前記光ヘッド装置と、前記光検出器からの出力に基づいて、前記メインビームによるプッシュプル信号と前記サブビーム群によるプッシュプル信号の差である差動プッシュプル信号を演算する手段を有することを特徴とする。【００２３】
従って、対象層と非対象層の間隔が変化し、対象層からのサブビームの反射光と外乱光の位相差が変化しても、位相差が０に近づき干渉により光の強度が強くなる領域と位相差がπに近づき干渉により光の強度が弱くなる領域が、対象層からのサブビームの反射光を受光する受光部上で常に混在する。その結果、干渉による光の強弱が平均化されて受光部からの出力は殆んど変化しない。このため、サブビームによるプッシュプル信号、さらに差動プッシュプル信号に乱れが生じず、記録や再生を正しく行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、２層の記録層を有する光記録媒体に対し、対象層と非対象層の間隔が変化しても差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に乱れが生じず、記録や再生を正しく行うことができることである。その理由は、サブビームをラゲール・ガウスビームとすることにより、対象層と非対象層の間隔が変化し、対象層からのサブビームの反射光と外乱光の位相差が変化しても、干渉による光の強弱が平均化され、対象層からのサブビームの反射光を受光する受光部からの出力は殆んど変化しないためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
（実施形態１）【００２６】
実施形態１に係る光ヘッド装置は、図１０に示す関連する光ヘッド装置における回折光学素子３ｄを図１に示す回折光学素子３ａに置き換えたものである。【００２７】
実施形態１における回折光学素子３ａは図１に示すように、矩形状の断面形状を有する回折格子２０が基板の表面２１に形成された構成である。回折格子２０における格子の溝はディスク７の半径方向に対応する方向に概ね平行であり、格子のパタンは概ね等間隔の直線状である。【００２８】
実施形態１における回折光学素子３ａは図１に示すように、入射するビームの中心を通りディスク７の接線方向に対応する直線の左側回折格子２０ａと右側回折格子２０ｂの位相が概ね半周期分だけずれている。【００２９】
具体的には、入射するビームの中心を通りディスク７の半径方向の上側では、右側回折格子２０ｂの位相は、左側回折格子２０ａの位相に対して上向きに概ね半周期分ずれている。これに対して、入射するビームの中心を通りディスク７の半径方向の下側では、右側回折格子２０ｂの位相は、左側回折格子２０ａの位相に対して下向きに概ね半周期分ずれている。【００３０】
回折光学素子３ａへ入射した光は、０次光として約８７．６％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ約５．０％が回折される。なお、図中に点線で示す円は対物レンズ６の有効径２２に相当する。このとき、回折光学素子３ａからの±１次回折光は、光軸に垂直な断面内で、光軸である位相特異点の周りの角度に応じて位相が０から２πまで連続的に変化するビームとなる。このようなビームは１次のラゲール・ガウスビームと呼ばれる。図２に、１次のラゲール・ガウスビームの光軸に垂直な断面内における位相分布を示す。【００３１】
図３にディスク７上の集光スポットの配置を示す。集光スポット１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれ回折光学素子３ａからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。メインビームである集光スポット１６ａ、及びサブビームである集光スポット１６ｂ、１６ｃは、同一のトラック１５ａ上に集光されている。集光スポット１６ｂ、１６ｃは、中心部の強度が０であるドーナツ状の強度分布を有する。【００３２】
実施形態１における光検出器１０の受光部のパタンと光検出器１０上の光スポットの配置は、図１３に示すものと同じである。光スポット１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、それぞれ回折光学素子３ａからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。なお、光スポット１８は、ディスク７が２層の記録層を有する光記録媒体である場合の非対象層からのメインビームの反射光であり、その一部が受光部１９ｅ〜１９ｈへ外乱光として入射する。【００３３】
受光部１９ａ〜１９ｈから出力される電圧信号のレベルをそれぞれＶ１９ａ〜Ｖ１９ｈで表す。このとき、メインビームによるプッシュプル信号、サブビームによるプッシュプル信号、トラック誤差信号として用いられる差動プッシュプル信号は、関連する光ヘッド装置において説明した演算と同じ演算から得られる。ここで、集光スポット１６ａ〜１６ｃが同一のトラック上に配置されているときに差動プッシュプル信号が得られるのは、サブビームの光軸に垂直な断面内での位相が、光軸を通りディスク７の接線方向に対応する直線の左側と右側で概ねπだけずれているためである。なお、フォーカス誤差信号は公知の非点収差法により（Ｖ１９ａ＋Ｖ１９ｄ）−（Ｖ１９ｂ＋Ｖ１９ｃ）の演算から得られ、ディスク７に記録されたマーク／スペース信号である再生信号は（Ｖ１９ａ＋Ｖ１９ｂ＋Ｖ１９ｃ＋Ｖ１９ｄ）の高周波成分から得られる。【００３４】
光スポット１７ｂと外乱光は受光部１９ｅ、１９ｆ上で干渉し、光スポット１７ｃと外乱光は受光部１９ｇ、１９ｈ上で干渉する。【００３５】
しかし、光スポット１７ｂは受光部１９ｅ、１９ｆの面内で位相が０から２πまで連続的に変化し、光スポット１７ｃは受光部１９ｇ、１９ｈの面内で位相が０から２πまで連続的に変化する。【００３６】
これに対し、外乱光は受光部１９ｅ〜１９ｈの面内で位相がほぼ一定である。【００３７】
従って、対象層と非対象層の間隔が変化し、光スポット１７ｂ、１７ｃと外乱光の位相差が変化しても、位相差が０に近づき干渉により光の強度が強くなる領域と位相差がπに近づき干渉により光の強度が弱くなる領域が、受光部１９ｅ〜１９ｈ上で常に混在する。その結果、干渉による光の強弱が平均化されて受光部１９ｅ〜１９ｈからの出力は殆んど変化しない。このため、サブビームによるプッシュプル信号、さらに差動プッシュプル信号に乱れが生じず、記録や再生を正しく行うことができる。【００３８】
図４に、実施形態１による２層の記録層を有する光記録媒体に対するプッシュプル信号の観測例を示す。図４（ａ）は対物レンズに近い層におけるメインビームおよびサブビームによるプッシュプル信号、図４（ｂ）は対物レンズから遠い層におけるメインビームおよびサブビームによるプッシュプル信号である。図より、サブビームによるプッシュプル信号に乱れが生じていないことがわかる。
（実施形態２）【００３９】
実施形態２に係る光ヘッド装置は、図１０に示す関連する光ヘッド装置における回折光学素子３ｄを図５に示す回折光学素子３ｂに置き換えたものである。【００４０】
実施形態２における回折光学素子３ｂは図５に示すように、矩形状の断面形状を有する回折格子２０が基板２１の表面に形成された構成である。回折格子２０における格子の溝はディスク７の半径方向に対応する方向に概ね平行であり、格子のパタンは概ね等間隔の直線状である。【００４１】
実施形態２における回折光学素子３ｂは、入射するビームの中心を通りディスク７の接線方向に対応する直線の左側回折格子２０ａと右側回折格子２０ｂとでは、格子の位相が概ね一周期分だけずれている。具体的には、入射するビームの中心を通りディスク７の半径方向の上側では、右側回折格子２０ｂの位相は、左側回折格子２０ａの位相に対して上向きに概ね一周期分ずれている。これに対して、入射するビームの中心を通りディスク７の半径方向の下側では、右側回折格子２０ｂの位相は、左側回折格子２０ａの位相に対して下向きに概ね一周期分ずれている。【００４２】
回折光学素子３ｂへ入射した光は、０次光として約８７．６％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ約５．０％が回折される。なお、図中に点線で示す円は対物レンズ６の有効径２２に相当する。このとき、回折光学素子３ｂからの±１次回折光は、光軸に垂直な断面内で、光軸である位相特異点の周りの角度に応じて位相が０から４πまで連続的に変化するビームとなる。このようなビームは２次のラゲール・ガウスビームと呼ばれる。【００４３】
実施形態２におけるディスク７上の集光スポットの配置は、図１２に示すものと同じである。集光スポット１６ａ、１６ｄ、１６ｅは、それぞれ回折光学素子３ｂからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。メインビームである集光スポット１６ａはトラック１５ａ上に配置されている。一方、サブビームである集光スポット１６ｄはトラック１５ａとその右側に隣接するトラック１５ｂの中間に配置されており、サブビームである集光スポット１６ｅはトラック１５ａとその左側に隣接するトラック１５ｃの中間に配置されている。図中には示されていないが、集光スポット１６ｄ、１６ｅは、中心部の強度が０であるドーナツ状の強度分布を有する。【００４４】
実施形態２における光検出器１０の受光部のパタンと光検出器１０上の光スポットの配置は、図１３に示すものと同じである。光スポット１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、それぞれ回折光学素子３ｂからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。なお、光スポット１８は、ディスク７が２層の記録層を有する光記録媒体である場合の非対象層からのメインビームの反射光であり、その一部が受光部１９ｅ〜１９ｈへ外乱光として入射する。【００４５】
メインビームによるプッシュプル信号、サブビームによるプッシュプル信号、トラック誤差信号として用いられる差動プッシュプル信号は、関連する光ヘッド装置において説明した演算と同じ演算から得られる。ここで、集光スポット１６ｄ、１６ｅが集光スポット１６ａに対してトラックピッチの半分だけずらして配置されているときに差動プッシュプル信号が得られるのは、サブビームの光軸に垂直な断面内での位相が、光軸を通りディスク７の接線方向に対応する直線の左側と右側で概ね２πだけずれているためである。なお、フォーカス誤差信号、再生信号は、実施形態１において説明した演算と同じ演算から得られる。【００４６】
光スポット１７ｂと外乱光は受光部１９ｅ、１９ｆ上で干渉し、光スポット１７ｃと外乱光は受光部１９ｇ、１９ｈ上で干渉する。【００４７】
しかし、光スポット１７ｂは受光部１９ｅ、１９ｆの面内で位相が０から４πまで連続的に変化し、光スポット１７ｃは受光部１９ｇ、１９ｈの面内で位相が０から４πまで連続的に変化する。【００４８】
これに対し、外乱光は受光部１９ｅ〜１９ｈの面内で位相がほぼ一定である。【００４９】
従って、対象層と非対象層の間隔が変化し、光スポット１７ｂ、１７ｃと外乱光の位相差が変化しても、位相差が０に近づき干渉により光の強度が強くなる領域と位相差がπに近づき干渉により光の強度が弱くなる領域が、受光部１９ｅ〜１９ｈ上で常に混在する。その結果、干渉による光の強弱が平均化されて受光部１９ｅ〜１９ｈからの出力は殆んど変化しない。このため、サブビームによるプッシュプル信号、さらに差動プッシュプル信号に乱れが生じず、記録や再生を正しく行うことができる。【００５０】
本発明に係る光ヘッド装置の実施形態としては、図１０に示す関連する光ヘッド装置における回折光学素子３ｄを、±１次回折光が３次以上のラゲール・ガウスビームとなる回折光学素子に置き換えた形態も可能である。±１次回折光が奇数次のラゲール・ガウスビームとなる回折光学素子を用いる場合は、ディスク上で０次光の集光スポットと±１次回折光の集光スポットを同一のトラック上に配置し、±１次回折光が偶数次のラゲール・ガウスビームとなる回折光学素子を用いる場合は、ディスク上で±１次回折光の集光スポットを０次光の集光スポットに対してトラックピッチの半分だけずらして配置する。
（実施形態３）【００５１】
図６に、実施形態３に係る光ヘッド装置の構成を示す。図６において、半導体レーザ１からの出射光はコリメータレンズ２により平行光化され、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、回折光学素子１１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によりディスク７上に配置される。ディスク７からのメインビームの反射光およびサブビームの反射光は対物レンズ６を逆向きに透過し、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、回折光学素子１１を透過し、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、光検出器１０で受光される。【００５２】
実施形態３における回折光学素子１１は、図１に示すものと同じである。また、図７は回折光学素子１１の断面図である。【００５３】
回折光学素子１１は図７に示すように、基板１２ａと基板１２ｂの間に液晶高分子１３、充填材１４が挟まれ、液晶高分子１３と充填材１４の境界面に矩形状の断面形状を有する回折格子が形成された構成である。【００５４】
液晶高分子１３は一軸の屈折率異方性を有しており、異常光成分に対する屈折率は常光成分に対する屈折率に比べて大きい。これに対して、充填材１４の屈折率は液晶高分子１３の常光成分に対する屈折率と等しい。【００５５】
半導体レーザ１からの出射光は、液晶高分子１３に対する異常光として回折光学素子１１へ入射する。この光は、０次光として約８７．６％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ約５．０％が回折される。このとき、回折光学素子１１からの±１次回折光は、光軸に垂直な断面内で、光軸である位相特異点の周りの角度に応じて位相が０から２πまで連続的に変化するビームとなる。このようなビームは１次のラゲール・ガウスビームと呼ばれる。これに対し、ディスク７からの反射光は、液晶高分子１３に対する常光として回折光学素子１１へ入射する。この光は、０次光としてほぼ１００％が透過する。【００５６】
実施形態３におけるディスク７上の集光スポットの配置は、図３に示すものと同じである。集光スポット１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれ回折光学素子１１からの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。メインビームである集光スポット１６ａおよびサブビームである集光スポット１６ｂ、１６ｃは、同一のトラック１５ａ上に配置されている。集光スポット１６ｂ、１６ｃは、中心部の強度が０であるドーナツ状の強度分布を有する。【００５７】
実施形態３における光検出器１０の受光部のパタンと光検出器１０上の光スポットの配置は、図１３に示すものと同じである。光スポット１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、それぞれ回折光学素子１１からの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。なお、光スポット１８は、ディスク７が２層の記録層を有する光記録媒体である場合の非対象層からのメインビームの反射光であり、その一部が受光部１９ｅ〜１９ｈへ外乱光として入射する。【００５８】
メインビームによるプッシュプル信号、サブビームによるプッシュプル信号、トラック誤差信号として用いられる差動プッシュプル信号は、関連する光ヘッド装置において説明した演算と同じ演算から得られる。ここで、集光スポット１６ａ〜１６ｃが同一のトラック上に配置されているときに差動プッシュプル信号が得られるのは、サブビームの光軸に垂直な断面内での位相が、光軸を通りディスク７の接線方向に対応する直線の左側と右側で概ねπだけずれているためである。なお、フォーカス誤差信号、再生信号は、実施形態１において説明した演算と同じ演算から得られる。【００５９】
光スポット１７ｂと外乱光は受光部１９ｅ、１９ｆ上で干渉し、光スポット１７ｃと外乱光は受光部１９ｇ、１９ｈ上で干渉する。【００６０】
しかし、光スポット１７ｂは受光部１９ｅ、１９ｆの面内で位相が０から２πまで連続的に変化し、光スポット１７ｃは受光部１９ｇ、１９ｈの面内で位相が０から２πまで連続的に変化する。【００６１】
これに対し、外乱光は受光部１９ｅ〜１９ｈの面内で位相がほぼ一定である。【００６２】
従って、対象層と非対象層の間隔が変化し、光スポット１７ｂ、１７ｃと外乱光の位相差が変化しても、位相差が０に近づき干渉により光の強度が強くなる領域と位相差がπに近づき干渉により光の強度が弱くなる領域が、受光部１９ｅ〜１９ｈ上で常に混在する。その結果、干渉による光の強弱が平均化されて受光部１９ｅ〜１９ｈからの出力は殆んど変化しない。このため、サブビームによるプッシュプル信号、さらに差動プッシュプル信号に乱れが生じず、記録や再生を正しく行うことができる。【００６３】
回折光学素子からの±１次回折光は、回折光学素子でディスク７の接線方向へ偏向されて対物レンズ６へ向かう。このとき、回折光学素子から対物レンズ６までの距離が長いと、対物レンズ６へ入射する際の±１次回折光の光軸は対物レンズ６の中心を通らず、対物レンズ６の中心に対してディスク７の接線方向へずれる。【００６４】
従って、図１に示す回折光学素子３ａを用いた場合、±１次回折光の位相特異点と対物レンズ６の中心が一致せず、±１次回折光の集光スポットの強度分布は正確なドーナツ状とならない。【００６５】
しかし、実施形態３においては、偏光ビームスプリッタ４と１／４波長板５の間に設けた回折光学素子１１を用いることにより、回折光学素子１１から対物レンズ６までの距離を短くすることができるため、±１次回折光の位相特異点と対物レンズ６の中心が一致し、±１次回折光の集光スポットの強度分布を正確なドーナツ状とすることができる。
（実施形態４）【００６６】
実施形態４に係る光ヘッド装置は、図１０に示す関連する光ヘッド装置における回折光学素子３ｄを図８に示す回折光学素子３ｃに置き換えたものである。【００６７】
実施形態４に係る回折光学素子３ｃは図８に示すように、矩形状の断面形状を有する回折格子２０が基板２１の表面に形成された構成である。回折格子における格子の溝はディスク７の半径方向に対応する方向に概ね平行であり、格子のパタンは概ね等間隔の直線状である。【００６８】
実施形態４に係る回折光学素子３ｃは図８に示すように、入射するビームの中心を通りディスク７の接線方向に対応する直線の左側回折格子２０ａと右側回折格子２０ｂでは、格子の位相が概ね一周期分だけずれている。【００６９】
具体的には、実施形態４に係る回折光学素子３ｃは図８に示すように、入射するビームの中心から下側へ所定の距離だけ離れたディスク７の半径方向に対応する第一の直線の下側の領域Ａ、および入射するビームの中心から上側へ所定の距離だけ離れたディスク７の半径方向に対応する第二の直線の上側の領域Ｂでは、右側の格子２０ｂの位相が左側の格子２０ａの位相に対して上向きにずれている。また、第一の直線と第二の直線の間の領域Ｃでは、右側の格子２０ｂの位相が左側の格子２０ａの位相に対して下向きにずれている。回折光学素子３ｃへ入射した光は、０次光として約８７．６％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ約５．０％が回折される。【００７０】
回折光学素子３ｃからの＋１次回折光、−１次回折光は、回折光学素子３ｃでディスク７の接線方向の上側、下側へそれぞれ偏向されて対物レンズ６へ向かう。このとき、回折光学素子３ｃから対物レンズ６までの距離が長いと、対物レンズ６へ入射する際の＋１次回折光、−１次回折光の光軸は対物レンズ６の中心を通らず、対物レンズ６の中心に対してディスク７の接線方向の上側、下側へそれぞれずれる。【００７１】
従って、＋１次回折光、−１次回折光に対する対物レンズ６の有効径に相当する円を回折光学素子３ｃ上へ投影すると、その中心は光軸に対してディスク７の接線方向の下側、上側へそれぞれずれる。【００７２】
図中に点線で示す３つの円は、＋１次回折光、０次光、−１次回折光に対する対物レンズ６の有効径２２ａ，２２ｂ，２２ｃに相当する。ここで、領域Ａ，Ｂ内における第一の直線及び第二の直線がそれぞれ＋１次回折光、−１次回折光に対する対物レンズ６の有効径２２ａ，２２ｃに相当する円の中心を通るように、第一の直線、第二の直線の光軸からの距離を定める。このとき、回折光学素子３ｃからの＋１次回折光、−１次回折光は、光軸に垂直な断面内で、それぞれ＋１次回折光、−１次回折光に対する対物レンズ６の有効径２２ａ，２２ｂに相当する円の中心である位相特異点の周りの角度に応じて位相が０から２πまで連続的に変化するビームとなる。このようなビームは１次のラゲール・ガウスビームと呼ばれる。【００７３】
実施形態４におけるディスク７上の集光スポットの配置は、図３に示すものと同じである。集光スポット１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、それぞれ回折光学素子３ｃからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。メインビームである集光スポット１６ａおよびサブビームである集光スポット１６ｂ、１６ｃは、同一のトラック１５ａ上に配置されている。集光スポット１６ｂ、１６ｃは、中心部の強度が０であるドーナツ状の強度分布を有する。【００７４】
実施形態４における光検出器１０の受光部のパタンと光検出器１０上の光スポットの配置は、図１３に示すものと同じである。光スポット１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、それぞれ回折光学素子３ｃからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。なお、光スポット１８は、ディスク７が２層の記録層を有する光記録媒体である場合の非対象層からのメインビームの反射光であり、その一部が受光部１９ｅ〜１９ｈへ外乱光として入射する。【００７５】
メインビームによるプッシュプル信号、サブビームによるプッシュプル信号、トラック誤差信号として用いられる差動プッシュプル信号は、関連する光ヘッド装置において説明した演算と同じ演算から得られる。ここで、集光スポット１６ａ〜１６ｃが同一のトラック上に配置されているときに差動プッシュプル信号が得られるのは、サブビームの光軸に垂直な断面内での位相が、光軸を通りディスク７の接線方向に対応する直線の左側と右側で概ねπだけずれているためである。なお、フォーカス誤差信号、再生信号は、実施形態１において説明した演算と同じ演算から得られる。【００７６】
光スポット１７ｂと外乱光は受光部１９ｅ、１９ｆ上で干渉し、光スポット１７ｃと外乱光は受光部１９ｇ、１９ｈ上で干渉する。【００７７】
しかし、光スポット１７ｂは受光部１９ｅ、１９ｆの面内で位相が０から２πまで連続的に変化し、光スポット１７ｃは受光部１９ｇ、１９ｈの面内で位相が０から２πまで連続的に変化する。【００７８】
これに対し、外乱光は受光部１９ｅ〜１９ｈの面内で位相がほぼ一定である。【００７９】
従って、対象層と非対象層の間隔が変化し、光スポット１７ｂ、１７ｃと外乱光の位相差が変化しても、位相差が０に近づき干渉により光の強度が強くなる領域と位相差がπに近づき干渉により光の強度が弱くなる領域が、受光部１９ｅ〜１９ｈ上で常に混在する。その結果、干渉による光の強弱が平均化されて受光部１９ｅ〜１９ｈからの出力は殆んど変化しない。このため、サブビームによるプッシュプル信号、さらに差動プッシュプル信号に乱れが生じず、記録や再生を正しく行うことができる。【００８０】
実施形態３において説明したように、回折光学素子から対物レンズ６までの距離が長いと、図１に示す回折光学素子３ａを用いた場合、±１次回折光の位相特異点と対物レンズ６の中心が一致せず、±１次回折光の集光スポットの強度分布は正確なドーナツ状とならない。【００８１】
しかし、実施形態４においては、図８に示す回折光学素子３ｃを用いることにより、回折光学素子３ｃから対物レンズ６までの距離が長くても、±１次回折光の位相特異点と対物レンズ６の中心を一致させることができるため、±１次回折光の集光スポットの強度分布を正確なドーナツ状とすることができる。
（実施形態５）【００８２】
次に、実施形態に係る光ヘッド装置を用いた光学式情報記録再生装置を実施形態５として説明する。【００８３】
実施形態５に係る光学式情報記録再生装置は、実施形態１に係る光ヘッド装置に、コントローラ２０、変調回路２１、記録信号生成回路２２、半導体レーザ駆動回路２３、増幅回路２４、再生信号処理回路２５、復調回路２６、誤差信号生成回路２７、対物レンズ駆動回路２８を付加したものである。変調回路２１から対物レンズ駆動回路２８までの回路は、コントローラ２０により制御される。【００８４】
ディスク７へデータを記録する場合、変調回路２１は、ディスク７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２２は、変調回路２１で変調された信号に基づいて、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２３は、記録信号生成回路２２で生成された記録信号に基づいて、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。これに対し、ディスク７からデータを再生する場合、半導体レーザ駆動回路２３は、半導体レーザ１からの出射光のパワーが一定になるように、半導体レーザ１へ一定の電流を供給して半導体レーザ１を駆動する。【００８５】
増幅回路２４は、光検出器１０の各受光部から出力される電圧信号を増幅する。ディスク７からデータを再生する場合、再生信号処理回路２５は、増幅回路２４で増幅された電圧信号に基づいて、ディスク７に記録されたマーク／スペース信号である再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路２６は、再生信号処理回路２５で２値化された信号を復調規則に従って復調する。誤差信号生成回路２７は、増幅回路２４で増幅された電圧信号に基づいて、対物レンズ６を駆動するためのフォーカス誤差信号およびトラック誤差信号を生成する。対物レンズ駆動回路２８は、誤差信号生成回路２７で生成された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、図示しないアクチュエータへフォーカス誤差信号およびトラック誤差信号に応じた電流を供給して対物レンズ６を駆動する。さらに、ディスク７を除く光ヘッド装置全体は図示しないポジショナによりディスク７の半径方向へ駆動され、ディスク７は図示しないスピンドルにより回転駆動される。【００８６】
また、本発明の実施形態において、前記回折光学素子は入射光の光軸に垂直な面内に形成された回折格子を有し、該回折格子における格子の溝は前記光記録媒体の半径方向に対応する方向に概ね平行であり、前記面内において、入射するビームの中心を通り前記光記録媒体の接線方向に対応する直線で隔てられた一方の側と他方の側で格子の位相が互いにずれており、前記入射するビームの中心を通り前記光記録媒体の半径方向に対応する直線で隔てられた一方の側と他方の側で、前記格子の位相のずれの向きが互いに逆であることが好ましい。【００８７】
また、本発明の実施形態において、前記回折光学素子は入射光の光軸に垂直な面内に形成された回折格子を有し、該回折格子における格子の溝は前記光記録媒体の半径方向に対応する方向に概ね平行であり、前記面内において、入射するビームの中心を通り前記光記録媒体の接線方向に対応する直線で隔てられた一方の側と他方の側で格子の位相が互いにずれており、前記入射するビームの中心に関して対称な前記光記録媒体の半径方向に対応する第一の直線および第二の直線で挟まれた内側とそれ以外の外側で、前記格子の位相のずれの向きが互いに逆であることが好ましい。【００８８】
また、本発明の実施形態において、前記サブビーム群は奇数次のラゲール・ガウスビームであり、前記光記録媒体上において、前記対物レンズにより形成される前記メインビームの集光スポットと前記サブビーム群の集光スポットは、同一の情報トラック上に配置されることが好ましい。【００８９】
また、本発明の実施形態において、前記サブビーム群は偶数次のラゲール・ガウスビームであり、前記光記録媒体上において、前記対物レンズにより形成される前記サブビーム群の集光スポットは、前記対物レンズにより形成される前記メインビームの集光スポットに対し、前記情報トラックのピッチの半分だけずらして配置されることが好ましい。【００９０】
本発明の光学式情報記録再生装置の実施形態としては、実施形態２〜４に係る光ヘッド装置に、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。【００９１】
以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。【００９２】
この出願は２００６年１１月１６日に出願された日本出願特願２００６−３１０７７８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明によれば、２層の記録層を有する光記録媒体に対し、対象層と非対象層の間隔が変化しても差動プッシュプル法によるトラック誤差信号に乱れが生じず、記録や再生を正しく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態１に係る光ヘッド装置における回折光学素子を示す平面図である。
【図２】１次のラゲール・ガウスビームの光軸に垂直な断面内における位相分布を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る光ヘッド装置における、ディスク上の集光スポットの配置を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る光ヘッド装置による、２層の記録層を有する光記録媒体に対するプッシュプル信号の観測例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る光ヘッド装置における回折光学素子を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る光ヘッド装置を示す図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る光ヘッド装置における回折光学素子を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態４に係る光ヘッド装置における回折光学素子を示す平面図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る光ヘッド装置を用いた光学式情報記録再生装置を示す図である。
【図１０】関連する光ヘッド装置を示す図である。
【図１１】関連する光ヘッド装置における回折光学素子を示す平面図である。
【図１２】関連する光ヘッド装置における、ディスク上の集光スポットの配置を示す図である。
【図１３】関連する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。
【図１４】関連する光ヘッド装置による、２層の記録層を有する光記録媒体に対するプッシュプル信号の観測例を示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  半導体レーザ
２  コリメータレンズ
３ａ〜３ｄ  回折光学素子
４  偏光ビームスプリッタ
５  １／４波長板
６  対物レンズ
７  ディスク
８  円筒レンズ
９  凸レンズ
１０  光検出器
１１  回折光学素子
１２ａ、１２ｂ  基板
１３  液晶高分子
１４  充填材
１５ａ〜１５ｃ  トラック
１６ａ〜１６ｅ  集光スポット
１７ａ〜１７ｃ  光スポット
１８  光スポット
１９ａ〜１９ｈ  受光部
２０  コントローラ
２１  変調回路
２２  記録信号生成回路
２３  半導体レーザ駆動回路
２４  増幅回路
２５  再生信号処理回路
２６  復調回路
２７  誤差信号生成回路
２８  対物レンズ駆動回路
【図１】
2008059761.tif 000003
【図２】
2008059761.tif 000004
【図３】
2008059761.tif 000005
【図４】
2008059761.tif 000006
【図５】
2008059761.tif 000007
【図６】
2008059761.tif 000008
【図７】
2008059761.tif 000009
【図８】
2008059761.tif 000010
【図９】
2008059761.tif 000011
【図１０】
2008059761.tif 000012
【図１１】
2008059761.tif 000013
【図１２】
2008059761.tif 000014
【図１３】
2008059761.tif 000015
【図１４】
2008059761.tif 000016
【国際調査報告】
2008059761.tif 000017
2008059761.tif 000018