(57)【要約】【課題】光源からの光の偏光を高速に切り替えることで、多層光ディスクの再生、記録を高速に行う、光ヘッド装置、及び、該光ヘッド装置を備えた光ディスク装置を得る。【解決手段】半導体レーザ２と半導体レーザ２から出射した光の偏光を高速に切り替える偏光回転素子６と、偏光に応じて光路を分離する偏光ビームスプリッタ１１と、偏光によって分離された光を集光する光学手段１００と、集光した光を光ディスク５の情報記録面７１、７２上に集光スポットを形成する対物レンズ４と、情報記録面７１、７２により反射された戻り光ビームを受光する光検知素子２７を備え、情報記録層７１、７１に対しに高速に集光スポットの形成位置の切り替えを行うので、高速なデータの再生、記録ができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された光ビームを受光し前記光ビームの偏光方向を回転させて透過する偏光回転素子と、
前記偏光回転素子に対し前記光ビームの前記偏光方向を回転させる制御を行うための偏光回転制御信号を送る偏光回転制御回路と、
前記偏光回転素子を透過して偏光方向が変化した光ビームを前記偏光方向に従って透過または反射を行う偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタによって分離された偏光方向の異なる光ビームの光路を同じ光軸に集光し前記偏光方向に従って多層光ディスクの各情報記録面に集光スポットを形成する光学手段と、
前記多層光ディスクの前記各情報記録面により反射された光ビームの戻り光を受光する光検知素子と、
を備えた光ヘッド装置。
【請求項２】
偏光回転制御回路は、多層光ディスクの複数層の単位記録マークを同時に識別できる周波数で光ビームの偏光の回転の切り替えを行うように偏光回転制御信号を発生することを特徴とした請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
偏光回転素子は、半導体レーザから出射した光の偏光方向を電気的な制御手段によって回転させて透過することを特徴とした請求項１または請求項２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
偏光回転素子は、透明ファラデー効果材料と電磁コイルとで構成されることを特徴とした請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
偏光回転素子は、透明誘電体材料と一対の電極とで構成されることを特徴とした請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
光検知素子は、１つの受光部で複数種類以上の偏光方向の戻り光を受光し、偏光回転の制御信号と同期させることにより複数種類以上の偏光方向を個別の信号に分配することを特徴とした請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
光検知素子は、偏光回転制御回路で制御される独立した偏光方向の数だけ受光部を有し、それぞれの受光部で個別の偏光方向の信号を受光することを特徴とした請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項８】
偏光回転素子は半導体レーザから出射した光をＳ波の偏光面およびＰ波の偏光面に回転することを特徴とした請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項９】
光検知素子の受光部で受光する戻り光の偏光方向がＰ波とＳ波であることを特徴とした請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項１０】
偏光ビームスプリッタ及び光学手段にレンズアクチュエータを備えたことを特徴とした請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項１１】
第１の時刻に多層ディスクの情報記録層に集光スポットを形成し、第１の時刻に続く第２の時刻に前記多層ディスクの情報記録層に集光スポットを形成する際、前記第１の時刻で光検知素子により検知した第１の信号と、前記第２の時刻で前記光検知素子により検知した第２の信号との差分により、前記多層ディスクの情報記録層に集光スポットを追従させることを特徴とした請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の光ヘッド装置と、
多層光ディスクを回転させるディスク駆動部と、
前記光ヘッド装置で検出された信号に基づいてサーボ制御信号を生成する再生信号処理回路と、
前記サーボ制御信号に基づいて前記光ヘッド装置を制御する光ヘッド制御回路と、
半導体レーザを制御するレーザ制御回路と、
を備えた光ディスク装置。
【請求項１３】
レーザ制御回路は、偏光回転制御信号と各層に記録する記録データに基づいたライトストラテジ信号とを重畳し、加算させた信号により半導体レーザを制御していることを特徴とした請求項１２に記載の光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光記録再生媒体に対して情報の記録または再生を行なうための光ヘッド装置と、該光ヘッド装置を備えた光ディスク装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクの大容量化は、ディスクのトラック上にある情報の記録マークの大きさを小さくするとともに、記録や再生に用いるレーザ光の短波長化、及び開口数が大きい対物レンズの採用により、焦点面での集光スポットサイズを小さくすることによって達成されてきた。
【０００３】
近年、光ディスクのさらなる大容量化を目的として、多層光ディスクが考案されている。多層光ディスクは、１枚の光ディスクに情報記録層を幾層も重ねたものであるため、各層に集光スポットを形成する機能を有する光ピックアップ装置が必要となる。
【０００４】
多層光ディスクの高速な再生や光源に係るコスト低減を実現するため、単一の光源で、多層光ディスクの各情報記録層に対して、高速にフォーカシング位置を切り替えることにより、多層の記録マークを同時に認識する光ピックアップ装置が提案されている。（例えば、特許文献１。特開２００７‐４２２３７号公報）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７‐４２２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方法では、フォーカシングの切り替えは、光源からの光を液晶のような位相変調素子による位相の切り替えによって行っている。このため、フォーカシングの切り替えの速度には限界があった。
【０００７】
例えば、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）の場合、記録マークの単位長、即ち単位記録マークの長さは７４．５  ｎｍであり、全ての記録マーク長はこの整数倍と規定されている。光ディスクの回転速度を１倍速としたとき集光スポットが、単位記録マークの長さ通過する時間は略１５  ｎｓである。従って、単一の光源を用いて多層光ディスクの２つの各情報記録層の記録マークに対し交互に集光スポットを形成させるためには、レーザ光ビームの切り替え速度（片側に集光していられる時間）を、最低前記単位記録マーク長を通過する時間の半分である略７．５  ｎｓにおさえる必要がある。これを周波数に換算すると、最低略１３２  ＭＨｚで切り替える必要がある。
【０００８】
これと比較して、一般的な液晶を用いた位相変調素子による光の位相の切り替え周波数は数十ｋＨｚ程度が限界値であり、これは位相変調に係る液晶の力学的な性質上応答速度に限界値があることに起因する。さらに、データ転送レートを向上させるため、光ディスクの回転速度をｎ倍速にした場合、切り替える速度もｎ倍とする必要があり、例えばｎ＝４とした場合、略５２８ＭＨｚの周波数が最低限必要となる。
【０００９】
従って、２つの情報記録層への集光を瞬時に交互に切り替える速度はＢＤの場合でも、少なくとも数１００  ＭＨｚが要求され、更に高密度な光ディスクとなった場合、更に速い切り替え速度が要求される。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、光の偏光の切り替え手段に、電気的な切り替えを行う偏光回転素子を用いることによって、光スポット位置の制御を高速に切り替えることができる光ヘッド装置及び光ディスク装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る光ヘッド装置は、
光ヘッド装置の光源に用いられる半導体レーザから出射された光ビームを受光し光ビームの偏光方向を回転させて透過する偏光回転素子と、偏光回転素子に対し光ビームの偏光方向を回転させる制御を行うための偏光回転制御信号を送る偏光回転制御回路と、偏光回転素子を透過して偏光方向が変化した光ビームを偏光方向に従って透過または反射を行う偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタによって分離された偏光方向の異なる光ビームの光路を同じ光路に集光し偏光方向に従って多層光ディスクの各情報記録面に集光スポットを形成する光学手段と、
多層光ディスクの各情報記録面により反射された光ビームの戻り光を受光する光検知素子とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光の偏光の切り替え手段に、電気的な切り替えを行う偏光回転素子を用いることによって、光スポット位置の制御を高速に切り替えることができる光ヘッド装置、及び、光ディスク装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における光ディスク装置の主要構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１における光ヘッド装置の基本構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における偏光回転制御信号と情報記録層に対するライトストラテジ信号との相関関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における光検知素子と光検知素子に照射された戻り光ビームの光スポットを概略的に示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における光検知素子と光検知素子に照射された戻り光ビームの光スポットの変形例を概略的に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における光検知素子の受光部パターンを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２の光ヘッド装置の主要構成を概略的に示す図である。
【００１４】
以下、本発明に係る種々の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないようにする。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の光ディスク装置５０の主要構成を概略的に示す図である。この光ディスク装置５０は、スピンドルモータ５１、光ヘッド装置５２、スレッドモータ５３、レーザ制御回路５４、サーボ制御回路５５、再生信号処理回路５６、復調回路６０、変調回路６４、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）８０及びＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）８１を備えている。ＭＰＵ８１は、ホスト機器（図示せず）からのコマンドに応じて各種制御処理を実行する。
【００１６】
光ディスク５は、スピンドルモータ５１の駆動軸（スピンドル）に固定されたターンテーブルに着脱自在に装着されている。
【００１７】
光ディスク５は、単一の情報記録層を有する単層ディスク、あるいは、複数の情報記録層を有する多層ディスクである。光ディスク５の具体例としては、たとえば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
光ヘッド装置５２は、この光ディスク５にレーザ光ビームＩＬを照射し、光ディスク５の情報記録層で反射された戻り光ビームを受光して信号を生成し、この信号を再生信号処理回路５６に出力する。再生信号処理回路５６は、ウォブル信号検出回路５７、ＲＦ信号検出回路（再生信号検出回路）５８、サーボ信号検出回路５９を有している。
【００１９】
光ディスク５が複数の情報記録層を有する多層光ディスクである場合、光ヘッド装置５２は、光ディスク５に第１のレーザ光ビームＩＬ１、及び第２のレーザ光ビームＩＬ２を交互に照射し、第１のレーザ光ビームＩＬ１を第１の情報記録層上に、第２のレーザ光ビームＩＬ２を第２の情報記録層上に、それぞれ集光スポットを形成する。
【００２０】
また、光ヘッド装置５２は、第１のレーザ光ビームＩＬ１及び第２のレーザ光ビームＩＬ２を、瞬時に交互に切り替えることができ、多層光ディスクの第１の情報記録層、及び、第２の情報記録層の２つの情報記録層のそれぞれから、交互に反射された第１の戻り光ビームＲＬ１と第２の戻り光ビームＲＬ２を受光して信号を生成し、この信号を再生信号処理回路５６に出力する。
【００２１】
再生信号処理回路５６では、ＲＦ信号検出回路５８が、光ヘッド装置５２から受信した信号に基づいて、再生ＲＦ信号（再生信号）を検出する機能を有する。また、ＲＦ信号検出回路５８は、再生信号の信号振幅値を表すデータや状態信号を生成し、これらデータや状態信号をＭＰＵ８１に出力する。なお、図示しないが、ウォブル信号を復調して得られた情報（同期情報やアドレス情報）は、ＭＰＵ８１やサーボ制御回路５５にも出力され、利用され得る。
【００２２】
ウォブル信号検出回路５７は、光ディスク５の情報記録層上の蛇行した案内トラック溝からの反射光の受光成分からウォブル信号を検出する機能を有する。ただし、光ディスク５が案内トラック溝を持たない再生専用のＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）ディスクの場合には、ウォブル信号検出回路５７の機能は必要とされない。
【００２３】
サーボ信号検出回路５９は、光ヘッド装置５２から受信した信号に基づいて、フィードバック制御のための各種サーボ信号ＳＳ（たとえば、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号）を生成する。これらサーボ信号ＳＳは光ヘッド制御回路６１に出力される。
【００２４】
このとき、光ディスク５が複数の情報記録層を有する多層光ディスクである場合、光ヘッド装置５２は２つの情報記録層への集光を瞬時に切り替えてそれぞれの情報記録層に対応した検出信号を交互に出力するが、前記情報記録層を切り替える周波数を各種サーボ信号ＳＳの周波数帯域（一般的には数１０ｋＨｚ）に対し充分高くすることで、サーボ信号検出回路５９にてそれぞれの情報記録層に対応したフィードバック制御のための各種サーボ信号を同時に生成することができる。
【００２５】
復調回路６０は、ウォブル信号検出回路５７から出力されたウォブル信号とＲＦ信号検出回路５８から出力された再生信号とを復調してデータ信号ＤＳを生成する。
【００２６】
ＭＰＵ８１は、再生信号処理回路５６やサーボ制御回路５５内の各構成要素から供給された信号に基づいて光ディスク装置５０の全体動作を決定し、各構成要素へ制御データを与えて当該各構成要素の動作を制御する。なお、図示しないが、再生信号処理回路５６の構成要素の一部がＭＰＵ８１によって処理される構成もあり得る。
【００２７】
ＲＡＭ８０には、プログラム領域８０Ａとデータ領域８０Ｂとが設けられている。ＭＰＵ８１は、ＲＡＭ８０のプログラム領域８０Ａに記憶されているプログラムを読み込み、データ領域８０Ｂを用いて当該プログラムを実行する。これにより、ＭＰＵ８１は、光ディスク装置５０内の各構成要素の動作を制御するとともに、各構成要素から出力された信号に基づいて制御のための判断を行うことができる。
【００２８】
サーボ制御回路５５は、光ヘッド制御回路６１、スレッドモータ制御回路６２、スピンドルモータ制御回路６３を含み、これらは、それぞれ、ＭＰＵ８１から個別に命令に従って動作する。
【００２９】
スピンドルモータ制御回路６３は、ディスク駆動部を構成するスピンドルモータ５１を制御し、光ディスク５を回転駆動する。ここで、スピンドルモータ制御回路６３は、ＭＰＵ８１からの命令に従って動作し、スピンドルモータ５１から供給された実回転数を表すパルス信号に基づいて実回転数を目標回転数に一致させるようにスピンドルサーボ制御を実行する。
【００３０】
光ヘッド制御回路６１は、ＭＰＵ８１からの命令に従って動作し、光ヘッド装置５２の動作を制御する。具体的には、光ヘッド制御回路６１は、サーボ信号ＳＳに含まれるフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、光ビームＩＬのフォーカス用及びトラッキング用の駆動信号を生成し、当該駆動信号を光ヘッド装置５２内の各種アクチュエータに供給する。アクチュエータは、駆動信号に応じて、光ヘッド装置５２内の光学素子を制御し、集光スポットの位置調整を行う。
【００３１】
光ディスク５が複数の情報記録層を有する多層光ディスクである場合、サーボ信号ＳＳには２つの情報記録層のそれぞれに相当する２つのフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号が含まれる。光ヘッド制御回路６１は、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号に基づいて、光ディスク５の２つの情報記録層のそれぞれに照射すべき光ビームＩＬのフォーカス用及びトラッキング用の駆動信号を生成し、当該駆動信号を光ヘッド装置５２内の各種アクチュエータに供給する。
【００３２】
スレッドモータ制御回路６２は、スレッドモータ５３を制御する。スレッドモータ５３は、例えば、ラックやピニオンなどの送り機構４９に回転駆動力を伝達し、これによりフレーム５２Ｃを光ディスク５のラジアル方向（光ディスク５の半径方向）に移動させる。光ヘッド装置５２は、フレーム５２Ｃに固定されているので、フレーム５２Ｃとともに移動する。
【００３３】
レーザ制御回路５４は光ディスク５の再生と記録を制御するため、光ヘッド装置５２内にある光源の制御を行う。光ディスク５のデータの再生時にはレーザ制御回路５４は、ＭＰＵ８１から出力されたデータに対してエラー訂正符号を付与し、データ変調を施して記録データを生成し、光ヘッド装置５２へ送られる。
【００３４】
変調回路６４は、光ディスク５へのデータの記録時に、ＭＰＵ８１から出力されたデータに対してエラー訂正符号を付与し、データ変調を施して記録データを生成する。変調回路６４は、さらに、当該記録データに基づいてライトストラテジ信号を生成する。レーザ制御回路５４は、当該ライトストラテジ信号に基づいて光ヘッド装置５２内の光源を制御する。
【００３５】
図２は、実施の形態１における光ヘッド装置５２の基本構成を概略的に示す図である。図２に示されるように、光ヘッド装置５２は、半導体レーザ２、半導体レーザ２と偏光ビームスプリッタ１１との間に配置された偏光回転素子６、偏光ビームスプリッタ１０、１１、偏光ビームスプリッタ１１を駆動する偏光ビームスプリッタアクチュエータ１９、コリメータレンズ８、９、コリメータレンズ９を駆動するコリメータレンズアクチュエータ１８、１／４波長板１３、１４、ビームスプリッタ３、対物レンズ４、対物レンズ４を駆動する対物レンズアクチュエータ１７、光路の形成に係る反射を行うミラー１６、２０、情報記録層にて反射した戻り光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ１５、偏光ビームスプリッタ１５からの戻り光ビームを検知する光検知素子２７、光検知素子２７と光ビームスプリッタ１５との間に設けられ、光検知素子２７に戻り光ビームを導くシリンドリカルレンズ７とを有する。
【００３６】
偏光ビームスプリッタ１０、コリメータレンズ８、９、コリメータレンズアクチュエータ１８、１／４波長板１３、１４、ミラー２０、ビームスプリッタ３、対物レンズ４、対物レンズアクチュエータ１７は、偏光ビームスプリッタ１１によって分離された偏光方向の異なる光ビームの光路を同じ光路に集光し偏光方向に従って多層光ディスクの各情報記録面に集光スポットを形成する光学手段１００を構成する。ただし、光学手段１００は、偏光ビームスプリッタ１１によって分離された偏光方向の異なる光ビームの光路を同じ光路に集光し偏光方向に従って多層光ディスクの各情報記録面に集光スポットを形成する構成であれば上記の構成に限ったものではない。
【００３７】
なお、図２は本実施の形態１の光ヘッド装置５２の基本構成とその動作原理とを説明することを目的とした検出光学系の構成部品を示したものであるので、光ヘッド装置５２の構成は、図２の構成に限定されるものではない。例えば、光ヘッド装置５２は、光ディスク５の情報記録層に対する対物レンズ４の焦点誤差量やトラッキング誤差量を検出するためのセンサー光学系を備えていてもよい。
【００３８】
また、本実施の形態１で対象とする光ディスク５は、本発明の効果を有効的に説明するため２層以上の情報記録層を有する構成としたが、これに限定されず単層のものでもよい。
【００３９】
光ディスク５のデータを再生する場合、レーザ制御回路５４は、図１で示した、光ディスク装置５０のＭＰＵ８１からの命令に従って動作し、光ヘッド装置５２内の半導体レーザ２を制御してこの半導体レーザ２からデータ再生に必要な発光パワーを有するレーザ光ＥＬを出射させる。
【００４０】
半導体レーザ２から出射された光ビームＥＬは、透過型回折格子である偏光回転素子６に入射する。偏光回転素子６は、磁気光学効果により偏光方向を回転する光学素子であり、例えば、ガラス等の透明ファラデー効果材料と電磁コイル等の電気で制御可能な磁場印加機能部品からなる。安価な構成で達成できる。例えば、また、偏光回転素子６は、ガラス等の透明誘電体材料を電極で挟持し、電界を印加することで偏光を回転させる、電気光学効果素子を使用してもよい。上記の、磁気光学効果を用いる場合と同様に、電気光学効果を用いる場合も安価な構成で達成できる。
【００４１】
偏光方向を回転させるため、入力信号として偏光回転素子６に電流又は、電圧を印加する。この入力信号により、光ビームＥＬの偏光方向をＳ波、Ｐ波に自在に、且つ、高速に切り替えることができる。偏光の異なる光ビームを偏光ビームスプリッタ１０、１１に入射させ、偏光方向に従って透過又は反射することで、光ビームの偏光方向によってその光の光路を高速に切り替える、また、所望の光路に光ビームを導くことができる。
【００４２】
偏光ビームスプリッタ１１が、例えば、Ｓ波を反射してＰ波を透過させ、偏光ビームスプリッタ１０がＰ波を反射してＳ波を透過させる構成とすれば、偏光回転素子６でＳ波となった光ビームＥＬは偏光ビームスプリッタ１１で反射され、光ビームＥＬ２の光路をたどる。一方、偏光回転素子６でＰ波となった光ビームＥＬは偏光ビームスプリッタ１１を透過し、且つ、偏光ビームスプリッタ１０で反射され、光ビームＥＬ１の光路をたどる。
【００４３】
この時、偏光ビームスプリッタ１０、１１としては、図２に示されるように平行平板形状のハーフミラーを使用することができるが、これに限定されるものではない。図２に示したビームスプリッタ１０、１１に代えて、キューブ状のビームスプリッタを使用してもよい。また、偏光方向に対する反射と透過の関係もこれに限定されず、偏光ビームスプリッタ１０と１１が逆の特性を持っていれば同様の機能が得られるため、偏光ビームスプリッタ１１がＰ波を反射してＳ波を透過させ、偏光ビームスプリッタ１０がＳ波を反射してＰ波を透過させる構成でもよい。
【００４４】
次に、偏光方向に従って分離された光ビームＥＬ１とＥＬ２は、それぞれ別の光路に設置されたコリメータレンズ８、９に入射し、発光点からコリメータレンズまでの光学距離、及び、コリメータレンズの曲率によって略コリメータ光が出射される。コリメータレンズ８、９はそれぞれ光軸方向に前後させることにより、略コリメータ光の収束角を調整することができる。
【００４５】
次に、コリメータレンズ８、９を透過した光ビームＥＬ１、ＥＬ２は、それぞれ１／４波長板１３、１４によって円偏光に偏光される。円偏光となった光ビームＥＬ１、ＥＬ２はビームスプリッタ３によってＥＬ１は反射、ＥＬ２は透過することで、対物レンズ４に入射される。ビームスプリッタ３は、図２に示されるようなキューブ状のハーフミラーを使用することができるが、これに限定されるものではなく、例えば、平行平板形状のビームスプリッタを使用してもよい。また、ビームスプリッタ３は、偏光方向に依存せず、一定の透過率で透過し残りを反射する。略半分透過し略半分反射することで最大の効率を得ることができるため、以下では略半分透過し略半分反射することとする。
【００４６】
対物レンズ４は、ビームスプリッタ３からの入射光を集光して光ディスク５の情報記録層に集光スポットを形成する光学部品である。対物レンズ４には対物レンズアクチュエータ１７が備えられ、トラック方向とフォーカス方向のサーボ制御を行っている。動作については後述する。
【００４７】
光ディスク５で反射した戻り光ビームＲＬ１、ＲＬ２は対物レンズ４によって収束光ビームとなり、ビームスプリッタ３を透過、及び反射して２つのビームに分裂し、１／４波長板１４、１３にそれぞれ入射する。１／４波長板１４、１３により、円偏光であった光ビームはそれぞれＰ波、Ｓ波に偏光される。従って、１／４波長板１４に入射したＳ波の光ビームＥＬ２は、ビームスプリッタ３を２回通ることで略１／４のＰ波の戻り光ビームＲＬ２として光ビームＥＬ２の光路に戻り、同様にして略１／４のＳ波の戻り光ビームＲＬ１として光ビームＥＬ１の光路に戻ることとなる。Ｐ波の光ビームＥＬ１に関しても同様で、Ｓ波の戻り光ビームＲＬ１とＰ波の戻り光ビームＲＬ２が略１／４ずつ戻ることとなる。そのため、Ｓ波の光ビームＥＬ２とＰ波の光ビームＥＬ１は偏光回転素子６によって交互に切り替えられるが、戻り光ビームＲＬ１、ＲＬ２は切り替えの有無にかかわらず常時存在する。但し、光ディスク５で反射する情報記録層が切り替わるため、対物レンズ４から出射される戻り光ビームＲＬ１、ＲＬ２の集光角は、互いに切り替わることになる。
【００４８】
これらの戻り光ビームＲＬ１、ＲＬ２はそれぞれ偏光ビームスプリッタ１０、１１を透過し、偏光ビームスプリッタ１５及びミラー１６にて反射され、シリンドリカルレンズ７に入射する。シリンドリカルレンズ７は、当該シリンドリカルレンズ７を透過する光に非点収差を付与する光学部品である。
【００４９】
図２に示されるように、シリンドリカルレンズ７は、光入射面としてのシリンドリカル面３７ｓを有し、このシリンドリカル面３７ｓは、曲率の生じない方向を母線方向として有し、この母線方向に略垂直な方向に曲率を有する。よって、母線方向とこれに略垂直な方向とでレンズ面の曲率に差が設けられている。これにより、シリンドリカルレンズ７は、母線方向に平行な面内における光束の集光位置と、母線方向に垂直な面内における光束の集光位置との間にズレを発生させる。
【００５０】
対物レンズ４の位置及びコリメータレンズ９の位置が光ディスク５の当該情報記録層に対して合焦位置と一致するときに、シリンドリカル面３７ｓの母線方向における像高とその母線方向に略垂直な方向における像高とが互いにほぼ等しくなるようにシリンドリカルレンズ７を設計し且つ配置することで、光検知素子２７の受光面に略円形状の受光スポットを形成することができる。対物レンズ４の位置及びコリメータレンズ９の合焦位置からのズレすなわちデフォーカス量に応じて受光スポットの形状が歪んで略楕円形状となる。このような原理に基づくフォーカスエラー信号の検出法は、非点収差法と呼ばれる一般的な方法である。
【００５１】
ここで、フォーカスサーボ制御には非点収差法に代えて、たとえば、ＳＳＤ（Ｓｐｏｔ  Ｓｉｚｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法を用いてもよい。ＳＳＤ法の場合、シリンドリカルレンズ７の代わりにホログラム素子を用いればよい。
【００５２】
シリンドリカルレンズ７を透過した戻り光ビームは、光検知素子２７に照射され、信号再生処理回路５６によって信号として処理される。
【００５３】
次に、光スポットのサーボ制御について説明する。サーボ制御には、トラック方向の制御とフォーカス方向の制御の２種類の制御が必要となる。図２において、情報記録層７１に集光スポットを形成するサーボ制御と、情報記録層７１を基準とした情報記録層７２への追従の方法についてそれぞれ説明する。
【００５４】
情報記録層７１に対する光ビームＩＬ１の集光スポット形成に関しては、対物レンズ４に備えられた対物レンズアクチュエータ１７が対物レンズ４を駆動することによりトラック方向およびフォーカス方向のサーボ制御を行っている。図２に概略的に示されるように、対物レンズアクチュエータ１７は、磁気回路１７Ａ、１７Ｂと、磁気回路１７Ａ、１７Ｂ間に配置される可動部１７Ｃとを有する。可動部１７Ｃは、対物レンズ４を固定するレンズホルダ（図示せず）と、このレンズホルダに巻回されたフォーカスコイル及びトラッキングコイル（共に図示せず）とを有する。
【００５５】
情報記録層７１に反射された戻り光ビームＲＬ１は、光検知素子２７によって検知されており、光ヘッド装置５２の外部にある信号再生処理回路５６は、トラック方向のずれ及びフォーカス方向のずれが生じた際に、ずれの情報を光ヘッド制御回路６１へ送る。光ヘッド制御回路６１は、この信号を対物レンズアクチュエータ制御回路６１１に送る。情報を受け取った対物レンズアクチュエータ制御回路６１１はこの信号に応じて駆動電流（駆動信号）を生成し、対物レンズアクチュエータ１７の可動部１７Ｃのトラッキングコイル、及び、フォーカスコイルに供給する。
【００５６】
これにより、対物レンズ４を光ディスク５のラジアル方向及びフォーカス方向（対物レンズ４の光軸方向）に駆動することができる。このように、トラッキング方向及びフォーカス方向のサーボ制御に関して、光検知素子２７、再生信号処理回路５６、光ヘッド制御回路６１、対物レンズアクチュエータ制御回路６１１、対物レンズアクチュエータ１７、対物レンズ４の一連の動作により、トラッキングサーボループ及びフォーカスサーボループが形成される。
【００５７】
光ビームＩＬ２の情報記録層７２に対する集光スポット形成に関しては、トラッキング方向のサーボ制御は偏光ビームスプリッタアクチュエータ１９が偏光ビームスプリッタ１１を駆動することにより行われる。一方、フォーカス方向の制御はコリメータレンズアクチュエータ１８がコリメータレンズ９を駆動することによって行われる。
【００５８】
偏光ビームスプリッタアクチュエータ１９は、磁気回路と可動部とによって構成され、偏光ビームスプリッタ１１を固定するホルダ（図示せず）と、このホルダに巻回されたトラッキングコイル（図示せず）とを有する。トラッキングコイルに駆動信号、例えば駆動電流を供給することにより偏光ビームスプリッタ１１を、光軸がトラック方向（光ディスク５のラジアル方向）に変化するように回転駆動させる。これにより、トラッキング方向のサーボ制御が可能となる。
【００５９】
回転駆動信号は光ヘッド制御回路６１内の偏光ビームスプリッタアクチュエータ制御回路６１３によって生成される。再生信号処理回路５６により、情報記録層のトラック情報からトラック方向に関するずれを検知した場合には、光ヘッド制御回路６１内の偏光ビームスプリッタアクチュエータ制御回路６１３は、そのずれを補正するように偏光ビームスプリッタアクチュエータ１９に駆動信号を送り、光ビームスプリッタ１１の位置が調整されることで情報トラックに集光スポットを追従することができる。光ビームＥＬ２は、ＥＬ１のために制御された対物レンズ４を通過することになるが、このとき、対物レンズ４の駆動は保持され、偏光ビームスプリッタの駆動のみでサーボ制御を行う。
【００６０】
光検知素子２７では、光検知素子２７に到達した戻り光ビームＲＬ２を検知する。その検知信号から、偏光ビームスプリッタアクチュエータ制御回路６１３で駆動信号を生成し、偏光ビームスプリッタ１１を駆動する。このとき、対物レンズ４はＩＬ１のスポット形成のために駆動が保持されている。そこで、光検知素子２７に照射された、第１の時間における戻り光ビームＲＬ２と、第１の時間に続く第２の時間における戻り光ビームＲＬ２の差分によって、偏光ビームスプリッタアクチュエータ制御回路６１３で駆動信号を生成する。この差分により駆動信号が決定され、情報記録層７２に光ビームをトラック方向に追従させることができる、即ち差分追従が可能となる。この構成は、ガルバノミラーと同じである。
【００６１】
このトラック方向の差分追従により、光ディスク５における２つの情報記録層７１と７２との情報トラック間隔が数１０  ｎｍのオーダ以上のバラつきであっても、デトラックなく情報記録層７２上の所望の情報トラックにも集光することができる。また、光ビームの入射に対しディスク全体が傾いた場合も同様に、デトラックなく情報記録層７２上の所望の情報トラックにも集光することができる。
【００６２】
偏光ビームスプリッタアクチュエータ１９の構成はこれに限らず、高速に１方向の回転角を調整可能な機構を持っていればよい。従って、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）のような圧電効果を用いた構成でもよい。
【００６３】
一方、コリメータレンズアクチュエータ１８は、磁気回路と可動部とによって構成されコリメータレンズ９を固定するレンズホルダ（図示せず）と、このレンズホルダに巻回されたフォーカスコイル（図示せず）とを有する。フォーカスコイルに駆動信号、例えば、駆動電流を供給することによりコリメータレンズ９を光軸方向に駆動することができる。前記駆動信号はコリメータレンズアクチュエータ制御回路６１２によって生成される。これにより、フォーカス方向のサーボ制御が可能となる。
【００６４】
再生信号処理回路５６により、情報記録層のフォーカス方向に関するずれを検知した場合には、光ヘッド装置５２内のコリメータレンズアクチュエータ制御回路６１２はそのずれを補正するようコリメータレンズアクチュエータ１８に駆動信号を送り、情報記録層７２に集光スポットを追従することができる。光ビームＥＬ２は、ＥＬ１のために制御された対物レンズ４を通過することになるが、対物レンズ４の駆動は保持され、コリメータレンズ９の駆動のみで制御を行う。
【００６５】
光検知素子２７では、光検知素子２７に到達した戻り光ビームＲＬ２を検知する。その検知信号から、コリメータレンズアクチュエータ制御回路６１２で駆動信号を生成し、コリメータレンズ９を駆動する。このとき、対物レンズ４はＩＬ１のスポット形成のために駆動が保持されている。そこで、光検知素子２７に照射された、第１の時間における戻り光ビームＲＬ２と、第１の時間に続く第２の時間における戻り光ビームＲＬ２の差分によって、コリメータレンズアクチュエータ制御回路６１２で駆動信号を生成する。この差分により駆動信号が決定され、情報記録層７２に光ビームをフォーカス方向に追従させることができる、即ち差分追従が可能となる。
【００６６】
このフォーカス方向の差分追従により、２つの情報記録層７１と７２との層間間隔が数１０  ｎｍのオーダ以上のバラつきであっても、デフォーカスなく情報記録層７２にも集光することができる。また、光ビームの入射に対しディスク全体が傾いた場合も同様に、デフォーカス無く情報記録層７２にも集光することができる。
【００６７】
なお、光ディスク５の情報記録層の位置がほぼ固定されている場合には、光軸方向の集光点を調整する必要がなくなるため、サーボ制御に関わる各種アクチュエータを省略することができる。なお、本実施の形態１では、情報記録層７１に対しＩＬ１による集光スポットを、情報記録層７２に対しＩＬ２による集光スポットを形成しているが、この組み合わせは、逆でもよい。また、サーボの制御方法は、目的の情報記録層に対し目的の偏光方向を持った偏光を集光出来さえすれば、各アクチュエータの動作方法は実施の形態１に限定されるものではない。例えば、光ビームＥＬ１の光路に対応させてコリメータレンズ８と９を入れ替え、また、偏光ビームスプリッタ１０と１１を入れ替えたような構成でも良い。
【００６８】
次に、光ディスク５にデータを記録する場合について説明する。光ディスク５にデータを記録する場合、図１に示した変調回路６４が、ＭＰＵ８１から出力されたデータに対してエラー訂正符号を付与し、データ変調を施して記録データを生成する。変調回路６４は、さらに、当該記録データに基づいてライトストラテジ信号を生成する。レーザ制御回路５４は、当該ライトストラテジ信号に基づいて光ヘッド装置５２内の半導体レーザ２を制御してこの半導体レーザ２からデータ記録に必要な発光パワーを有するレーザ光ＥＬを出射させる。
【００６９】
光ディスク５の２層の情報記録面に対しデータの記録を行う場合、偏光回転制御回路６５から出力される偏光回転制御信号と各層に記録する記録データに基づいたライトストラテジ信号とを用いてレーザ制御信号を生成する。以下では、同時に再生または記録を行う２層を、第１の情報記録層７１、第２の情報記録層７２と区別する。
【００７０】
図３は、偏光回転制御信号と、第１の情報記録層７１に対するライトストラテジ信号と、第２の情報記録層７２に対するライトストラテジ信号との相関関係を示したものである。ここで、偏光回転制御信号は、ライトストラテジ信号より高い周波数の略矩形波で制御され、本実施の形態１においては第１の情報記録層７１には偏光回転制御信号が高い信号レベルの時に集光し、第２の情報記録層７２には偏光回転制御信号が低い信号レベルの時に集光するとする。この時、集光する情報記録層と信号レベルとの関係は逆の関係に設計しても同じ機能が達成される。また、この略矩形波のデューティ比により、第１の情報記録層７１からの平均戻り光の光量と第２の情報記録層７２からの平均戻り光の光量との比率を制御できるが、特に記録時においては信号の制御が煩雑になるため、前記デューティ比は略５０％に設定するのが望ましい。
【００７１】
第１の情報記録層７１には、偏光回転制御信号が高い信号レベルの時のみ集光されるため、第１層のライトストラテジ信号も集光されている間のみ出力する必要があり、第２層のライトストラテジ信号も同様である。図３において、破線は単層に記録する場合でのライトストラテジ信号であり、これに偏光回転制御信号を重畳させた信号が、実線で示している第１層のライトストラテジ信号、及び、第２層のライトストラテジ信号である。レーザ制御信号においては、これら２層分のライトストラテジ信号をシーケンシャルに出力する必要があるため、第１の情報記録層のライトストラテジ信号と第２の情報記録層のライトストラテジ信号を足しあわせた信号となる。このレーザ制御信号により、光ヘッド装置５２内の半導体レーザ２を制御して半導体レーザ２からデータ記録に必要な発光パワーを有するレーザ光ＥＬを出射させる。
【００７２】
偏光制御信号は、ライトストラテジ信号より高い周波数の略矩形波で制御されているので、同時に各情報記録層に記録を行った場合と同じ速度、あるいはそれよりも高速に、情報記録層２層に対しデータの記録をすることができる。
【００７３】
次に、光検知素子２７における受光部について説明する。図４は、Ｓ波の光ビームＥＬ１に切り替わっている間の、光検知素子２７に照射された戻り光ビームＲＬ１、ＲＬ２の光スポットを、概略的に示したものである。このとき、光検知素子２７の受光部２７０は、戻り光ビームＲＬ１の全体及びＲＬ２の一部を受光する。この時、第１の情報記録層７１に集光させる光ビームＥＬ１の光学的経路をそのまま戻る経路をたどる戻り光ビームＲＬ１が、光検知素子２７上で受光部２７０に収まるよう光検知素子２７の光軸位置を決めている。そのため、第１の情報記録層７１に集光し、且つ、光ビームＥＬ１の光学的経路とは別の光ビームＥＬ２経路をたどった戻り光ビームＲＬ２は、光学的距離が合わずに光検知素子２７上では大きくデフォーカスしたスポット形状となる。
【００７４】
一方、Ｐ波の光ビームＥＬ２に切り替わっている間は、戻り光ビームＲＬ１、ＲＬ２の関係が略逆転しているスポット形状となる。Ｓ波の光ビームＥＬ１のときと同様で、第２の情報記録層７２に集光させる光ビームＥＬ２の光学的経路をそのまま戻る経路をたどる戻り光ビームＲＬ２が、光検知素子２７上で受光部２７０に収まり、第２の情報記録層７２に集光し、且つ、光ビームＥＬ２の光学的経路とは別の光ビームＥＬ１経路をたどった戻り光ビームＲＬ１は、光学的距離が合わずに光検知素子２７上では大きくデフォーカスしたスポット形状となる。この受光部２７０にて受光された光は光電変換されて電気信号として光検知素子２７から出力され、図２の再生信号処理回路５６に入力される。この時、大きくデフォーカスしたスポットは光強度が小さくなるため、それによる信号は無視できる。
【００７５】
従って、交互に切り替えられた光ビームＥＬ１、ＥＬ２に従い、受光部２７０では交互に戻り光ビームＲＬ１、ＲＬ２を受光する。そのため、図２の偏光回路制御６５により偏光回転素子６を制御しつつ、再生信号処理回路５６にて受光部２７０から得られる信号を、戻り光ビームＲＬ１からのものと戻り光ビームＲ２からのものとを切り分けた信号に分配することができる。これにより得られた信号から、第１の情報記録層７１、第２の情報記録層７２のそれぞれのＲＦ信号やフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を別々に検出することができる。
【００７６】
このようにして、記録及び再生を２層同時に行うことが出来るため、データ転送レートが従来の略２倍とすることができる。
【００７７】
光検知素子２７の受光部パターンはこれに限らず、例えば図５に示すように、戻り光ビームＲＬ１を受光する受光部２７１と戻り光ビームＲＬ２を受光する受光部２７２を別々に設けるパターンとしてもよい。
【００７８】
これにより、図２の偏光回路制御６５によって再生信号処理回路５６を制御する必要なく情報記録層７１、７２それぞれのＲＦ信号やフォーカスエラー信号を別々に検出することができる。そのため、光検知素子２７が偏光回転の周波数帯域より低い応答帯域のものでも使用することができ、コストを低減することができる。
【００７９】
また、光検知素子２７の受光部パターンはこれに限らず、例えば図６に示すように、受光部２７０のトラック方向に対応する隣接位置に副受光部２７３及び２７４を設けた、３ビームプッシュプル法に対応したパターンとしてもよい。このとき、例えば、半導体レーザ２と偏光回転素子６との間に回折格子を設置し、光ビームＥＬを少なくとも−１次光、０次光、+１次光に分けておく必要がある。プッシュプルとは、情報記録層における集光スポットと情報トラックとの位置関係に応じた光密度の強弱を指し、これをトラッキング誤差量として検出することができる。
【００８０】
３ビームプッシュプル法とは、更に、対物レンズ４のトラッキング制御時に発生する、受光部２７０における信号のオフセットをキャンセルする一般的な方式である。同様のオフセットが副受光部２７３、２７４にて検出できることを利用して、これを受光部２７０で得られる信号から引き去ることでオフセットを除去する事ができる。
【００８１】
なお、トラッキング誤差量の検出は３ビームプッシュプル法に限らず、トラッキング誤差量を計測できれば、この方法でなくともよい。
【００８２】
実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。図７は、実施の形態２の光ヘッド装置５２の主要構成を概略的に示したものである。実施の形態２の光ヘッド装置５２及び光ディスク装置の構成は、図２のミラー１６と偏光ビームスプリッタ１６をそれぞれ、偏光ビームスプリッタ３０と偏光ビームスプリッタに置き換え、新たにミラー２１、２５、偏光ビームスプリッタ２８、偏光ビームスプリッタ２８を駆動する偏光ビームスプリッタアクチュエータ２６、コリメータレンズ２４、コリメータレンズ２４を駆動するコリメータレンズアクチュエータ２３、１／４波長板２９を備える。光検知素子２７表面に設けられた受光部２７０はＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３をそれぞれ受光できる配置になっていればどのような配置、個数でも構わない。
【００８３】
図７に示すように、偏光回転素子６によって、半導体レーザ２から出射した光を任意の偏光方向に回転し、３種類の独立した偏光方向の光ビームＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３とする。これらの光ビームが、偏光ビームスプリッタ１１によって光ビームＥＬ２のみが反射され、光ビームＥＬ１、ＥＬ３は透過する。次に、偏光ビームスプリッタ１１を透過した光ビームは、偏光ビームスプリッタ１０によって、光ビームＥＬ１が反射され、光ビームＥＬ３が透過する。さらに、偏光ビームスプリッタ１０を透過した光ビームは、偏光ビームスプリッタ２８によって反射されコリメータレンズ２４に入射する。
【００８４】
以上のようにして、３種の独立した偏光方向の光ビームＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３は独立した光路を進むことができ、実施の形態１で説明した手段と同様にして、光ディスク５の第１の情報記録層７１、第２の情報記録層７２、第３の情報記録層７３上にそれぞれ集光させることができる。また、瞬時に交互に切り替えることができ、前記３つの情報記録層のそれぞれで交互に反射された３つの戻り光ビームを受光して信号を生成することができるので、第１の情報記録層７１、第２の情報記録層７２、第３の情報記録層７３に対するそれぞれのＲＦ信号やフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を別々に検出することができる。
【００８５】
本実施の形態２では、記録及び再生を３層同時に行うことが出来るため、データ転送レートが従来の略３倍とすることができる。
【００８６】
同様に、偏光回転素子６により、図７に示すように、ｎ（ｎは自然数）種類の独立した偏光方向の光ビームＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３・・・、ＥＬｎを出射し、ｎ個の偏光ビームスプリッタを組み合わせることにより、これらの光ビームを独立した光路に分配することができる。同様にして、瞬時に交互に光路を切り替えることができるため、ｎ層の情報記録層のそれぞれで交互に反射されたｎ本の戻り光ビームを受光して信号を生成することができ、ｎ層の情報記録層それぞれのＲＦ信号やフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を別々に検出することができる。
【００８７】
このようにして、記録及び再生をｎ層同時に行うことが出来るため、データ転送レートが従来の略ｎ倍とすることができる。
【００８８】
また、光検知素子２７は、図４の受光部２７０にて交互に切り替えられたｎ本の戻り光ビームを偏光回路制御信号に従って交互に受光するため、図２の偏光回路制御６５により偏光回転素子６を制御しつつ、再生信号処理回路５６にて受光部２７０から得られる信号をｎ種の偏光方向に対し、それぞれの信号が得られる。これにより得られた信号から、ｎ層の情報記録層それぞれのＲＦ信号やフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を別々に検出することができる。
【００８９】
光検知素子２７の受光部パターンはこれに限らず、ｎ本の戻り光ビームを受光する受光部を別々にｎ個設けるパターンとしてもよい。これにより、図２の偏光回路制御６５によって再生信号処理回路５６を制御する必要なくｎ層の情報記録層それぞれのＲＦ信号やフォーカスエラー信号を別々に検出することができる。そのため、光検知素子２７が偏光回転の周波数帯域より低い応答帯域のものでも使用することができ、コストを低減することができる。
【００９０】
本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜変更、省略したりすることができる。
【符号の説明】
【００９１】
２  半導体レーザ、  ３  ビームスプリッタ、  ５  光ディスク、  ４  対物レンズ、  ６  偏光回転素子、  ７  シリンドリカルレンズ、  ８、９  コリメータレンズ、  １０、１１  偏光ビームスプリッタ、  １３、１４  １／４波長板、  １７  対物レンズアクチュエータ、１８  コリメータレンズアクチュエータ、１９  偏光ビームスプリッタアクチュエータ、  ２７  光検知素子、  ５０  光ディスク装置、  ５１  スピンドルモータ、  ５２  光ヘッド装置、  ５３  スレッドモータ、  ５４  レーザ制御回路、  ５５  サーボ制御回路、  ５６  再生信号処理回路、  ５７  ウォブル信号検出回路、  ５８  ＲＦ信号検出回路、  ５９  サーボ信号検出回路、  ６０  復調回路、  ６１  光ヘッド制御回路、  ６２  スレッドモータ制御回路、  ６３  スピンドルモータ制御回路、  ６４  変調回路、  ７１  第１の情報記録層、  ７２  第２の情報記録層、  ８０  ＲＡＭ、  ８１  ＭＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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