(57)【要約】  【課題】複数の情報層を持つ情報記憶媒体に対してホログラム素子を用いて、トラッキング誤差信号を制御する光ヘッド装置を実現する。  【解決手段】トラックを有する情報記憶媒体に光を集光する集光光学系と、反射した光を分割する光線分割手段と、トラックに対して実質上垂直な第１の分割線と、実質上平行な第２の分割線とを有し、第１及び第２の分割線で分割された第１〜第４の領域２０４〜２０６を有し、受光光量に応じた４つの信号を出力する光検出器１１０と、第１の分割線で分割された領域の一方を第１、第２の領域、他方を第３、第４の領域とし、第１及び第２の領域の信号の和と、第３及び第４の領域の信号の和とを比較する比較回路３０４と、和の小さい方の２つの領域の２つの信号を選択する制御回路３０５と、選択された信号の時間的位相を比較してトラッキング誤差信号ＴＥ０を出力する位相差信号生成回路３０５とを備える。【選択図】図１７
2006236578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
トラックを有する情報記憶媒体に前記光源から出射された光を集光する集光光学系と、
前記情報記憶媒体で反射した光を分割する光線分割手段と、
前記トラックに対して実質上垂直な第１の分割線と、前記トラックに対して実質上平行な第２の分割線とを有し、前記第１の分割線と前記第２の分割線とによって分割された第１、第２、第３および第４の領域を有し、前記情報記憶媒体で反射した光を受光して、受光した光量に応じた信号を４つ出力する光検出器と、
前記光検出器からの一部の信号と残部の信号とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記光検出器からの４つの信号のうちの２つの信号を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された信号を利用してトラッキング誤差信号を出力するトラッキング誤差信号出力手段とを備え、
前記比較手段は、前記光検出器における、前記第１の分割線により分割された二つの領域の一方を前記第１、第２の領域とし、他方を前記第３、第４の領域とした場合、前記第１および前記第２の領域からの信号の和の大きさと、前記第３および前記第４の領域からの信号の和の大きさとを比較し、
前記選択手段は、前記比較手段によって比較された、和の大きさの小さい方の２つの領域からの２つの信号を選択し、
前記トラッキング誤差信号出力手段は、前記選択手段によって選択された２つの信号の時間的位相を比較して前記トラッキング誤差信号を出力することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２】
光を発する光源と、
トラックを有する情報記憶媒体に前記光源から出射された光を集光する集光光学系と、
前記情報記憶媒体で反射した光を分割する光線分割手段と、
前記トラックに対して実質上垂直な第１の分割線と、前記トラックに対して実質上平行な第２の分割線とを有し、前記第１の分割線と前記第２の分割線とによって分割された第１、第２、第３および第４の領域を有し、前記情報記憶媒体で反射した光を受光して、受光した光量に応じた信号を４つ出力する光検出器と、
前記光検出器からの４つの信号のうちの２つの信号を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された信号を利用してトラッキング誤差信号を出力するトラッキング誤差信号出力手段とを備え、
前記光検出器における、前記第１の分割線により分割された二つの領域の一方を前記第１、第２の領域とし、他方を前記第３、第４の領域として、前記第１および前記第２の領域からの信号の和の大きさと、前記第３および前記第４の領域からの信号の和の大きさとを比較した場合、前記選択手段は、前記和の大きさの小さい方の２つの領域からの２つの信号を選択し、
前記トラッキング誤差信号出力手段は、前記選択手段によって選択された２つの信号の時間的位相を比較して前記トラッキング誤差信号を出力することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項３】
前記選択手段によって選択された２つの信号の和が所定の値以下になったときに欠陥検出信号を出力する欠陥検出信号出力手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記選択手段によって選択された２つの信号の和のなかの、前記情報記憶媒体に記録されている信号の周波数帯域より低い成分の信号の値が所定の値以下になったときに欠陥検出信号を出力する欠陥検出信号出力手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記欠陥検出信号を受けてトラッキング制御をホールドするトラッキング制御ホールド手段を備えたことを特徴とする請求項３または４記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記欠陥検出信号を受けてフォーカス制御をホールドするフォーカス制御ホールド手段を備えたことを特徴とする請求項３または４記載の光ヘッド装置。
【請求項７】
光を発する光源と、
トラックを有する情報記憶媒体に前記光源から出射された光を集光する集光光学系と、
前記情報記憶媒体で反射した光を分割する光線分割手段と、
前記光線分割手段により分割された光を受光して、受光した光量に応じた信号を出力する光検出器と、
前記光検出器からの信号を利用してトラッキング誤差信号を出力するトラッキング誤差信号出力手段とを備え、
前記光線分割手段は、前記トラックに対して実質上平行な分割線を有し、前記光線分割手段における、前記分割線により分割される二つの領域の一方を第１部とし、他方を第２部とし、
前記光検出器は、前記第１部からの光を受光する第１領域と、前記第２部からの光を受光する第２領域とを有し、
前記トラッキング誤差信号出力手段は、前記第１領域および前記第２領域からの信号の時間的位相を比較して前記トラッキング誤差信号を出力することを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項８】
前記光源からの光が前記トラックに正しく集光された場合、前記光線分割手段で受光される光線の中心は、前記第１部および前記第２部から外れることを特徴とする請求項７記載の光ヘッド装置。
【請求項９】
前記光線分割手段は、ホログラム素子であることを特徴とする請求項７または８記載の光ヘッド装置。
【請求項１０】
前記光線分割手段は、段差プリズムであることを特徴とする請求項７または８記載の光ヘッド装置。
【請求項１１】
前記第１領域および前記第２領域からの２つの信号の和が所定の値以下になったときに欠陥検出信号を出力する欠陥検出信号出力手段を備えたことを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１２】
前記第１領域および前記第２領域からの２つの信号の和のなかの、前記情報記憶媒体に記録されている信号の周波数帯域より低い成分の信号の値が所定の値以下になったときに欠陥検出信号を出力する欠陥検出信号出力手段を備えたことを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の光ヘッド装置。
【請求項１３】
前記欠陥検出信号を受けてトラッキング制御をホールドするトラッキング制御ホールド手段を備えたことを特徴とする請求項１１または１２記載の光ヘッド装置。
【請求項１４】
前記欠陥検出信号を受けてフォーカス制御をホールドするフォーカス制御ホールド手段を備えたことを特徴とする請求項１１または１２記載の光ヘッド装置。
【請求項１５】
光を発する光源と、
前記光源から出射された光をトラックを有する情報記憶媒体上に集光する集光光学系と、
前記情報記憶媒体で反射した光を受けてフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を検出可能にする波面を形成する波面変換手段と、
前記波面変換手段からの光を受光して、受光した光量に応じた信号を出力する光検出器とを備え、
前記波面変換手段は、前記光検出器の光検出面において、フォーカス誤差信号検出に用いる光ビームの断面形状を前記トラックの方向と実質上垂直な方向に収束するものであることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１６】
前記波面変換手段はホログラム素子であり、そのホログラム素子はホログラム要素を複数個有し、各ホログラム要素の格子間隔はそのホログラム要素内の所定の場所からの距離に応じて順次変化していることを特徴とする請求項１５記載の光ヘッド装置。
【請求項１７】
前記波面変換手段はホログラム素子であり、そのホログラム素子はホログラム要素を複数個有し、対応するホログラム要素同士の、前記トラックの方向において対応するそれぞれの位置の格子間隔同士は異なることを特徴とする請求項１５記載の光ヘッド装置。
【請求項１８】
前記格子間隔は、前記一つのホログラム素子内において、前記トラックに対して実質上垂直な方向に順次変化していることを特徴とする請求項１７記載の光ヘッド装置。
【請求項１９】
光を発する光源と、
前記光源から出射された光をトラックを有する情報記憶媒体上に集光する集光光学系と、
前記情報記憶媒体で反射した光を受けてフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を検出可能にする波面を形成する波面変換手段と、
前記波面変換手段からの光を受光して、受光した光量に応じた信号を出力する光検出器とを備え、
前記波面変換手段は、隣接する第１領域と第２領域とを有し、前記第１領域は前記光検出器の前面で収束する第１波面を生成し、前記第２領域は前記光検出器の後面で収束する第２波面を生成し、
前記第１領域および前記第２領域によって生成された２つの光ビームの断面形状は、前記光検出器の光検出面において、０次光の収束点を含む、前記トラックに対して実質上垂直な直線に関して線対称の関係にあることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項２０】
前記フォーカス誤差信号は、前記波面変換手段の、トラック接線方向と実質上垂直な分割線によって分割されたうちの一方に属する前記第１領域および第２領域から得られることを特徴とする請求項１９記載の光ヘッド装置。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれかに記載の光ヘッド装置からの信号を受けてトラッキングおよび／またはフォーカス制御を行う制御回路を備えたことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクあるいは光カードなど、情報記憶媒体上に情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置及び光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高密度・大容量の情報記憶媒体として、光ディスクあるいは光カードを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルなどその応用が拡大しつつある。この光メモリ技術では、情報は微小に絞られた光ビームを介して高い精度と信頼性を持って記録・再生される。
【０００３】
光ヘッド装置の従来例として、波面変換手段としてホログラム素子を用い、フォーカス誤差信号の検出法をスポットサイズ法、トラッキング誤差信号の検出法を位相差法により行う場合の光ヘッド装置の構成と動作を説明する。図３２に従来例の光ヘッド装置の側面図を示す。光源としての半導体レーザ１０１から出た光は、コリメータレンズ１０２で平行光になり、ビームスプリッタ１０３で反射され、対物レンズ１０４により単層の情報記憶媒体としての光ディスク１３０の情報層１３１上に集光される。対物レンズ１０４により集光される光の焦点をＦ０とする。アクチュエータ１０７は、対物レンズ１０４と保持手段１０６を、光ディスク１３０の面振れや偏芯に追従して移動する。
【０００４】
情報層１３１で回折・反射された光は、再び対物レンズ１０４を通り平行光となる。この平行光はビームスプリッタ１０３を透過し、検出レンズ１０８で収束光となる。この収束光は波面変換手段としてのホログラム素子１０９に入り、フォーカス誤差信号を生成するために、光軸方向に対し相前後して異なる点に焦点を持つ回折光を生成する。これらの回折光は光検出器１１０で受光される。光ディスク１３０の情報層１３１に対物レンズ１０４の焦点Ｆ０が合った時、光検出器１１０の検出面１１０ａより検出レンズ１０８側で焦点を結ぶ回折光と検出面１１０ａの検出レンズ１０８とは反対側で焦点を結ぶ回折光の検出面１１０ａでの断面の大きさが等しくなる。
【０００５】
図３３に、ホログラム素子１０９のゾーン分割のパターンと光検出器１１０の検出領域２０１〜２０７と回折光の検出面１１０ａでの断面の形を示す。ホログラム素子１０９は、短冊状の多数のゾーンに分割されている。反射光１３１ａはホログラム素子１０９により回折される。−１次の回折光１３１ｂはフォーカス誤差信号の検出に、＋１次の回折光１３１ｃはトラッキング誤差信号の検出に用いられる。各ゾーンに付けられた記号は図３３の光検出器１１０上の回折光の断面の記号に対応する。大文字Ａ〜Ｄのゾーンから生じる−１次回折光１３１ｂは、検出レンズ１０８から見て光検出器１１０の検出面１１０ａより後側で焦点を結ぶ。一方、小文字ａ〜ｄのゾーンから生じる−１次回折光１３１ｂは、検出レンズ１０８から見て、光検出器１１０の検出面１１０ａより前側で焦点を結ぶ。光ディスク１３０の情報層１３１に対物レンズ１０４の焦点Ｆ０が合わされるとき、光検出器１１０の検出面１１０ａ上の大文字で表した検出スポットと小文字で表した検出スポットとが同じ大きさになるようにホログラム素子１０９は設計されている。検出領域２０１〜２０３が受光した光の光量に応じて得られる信号を、それぞれＰ１〜Ｐ３とする。フォーカス誤差信号ＦＥは、次式（式１）の演算から得られる。
【０００６】
ＦＥ＝Ｐ１＋Ｐ３−Ｐ２・・・・・（式１）
＋１次の回折光１３１ｃは、検出領域２０４〜２０７で検出される。光検出器１１０の検出領域２０４〜２０７が受光した光の光量に応じて得られる信号を、それぞれｔ１〜ｔ４とする。位相差法のトラッキング誤差信号ＴＥは、（ｔ１＋ｔ３）と（ｔ２＋ｔ４）の位相を比較することにより得られる。
【０００７】
情報を再生するためのＲＦ信号は、次式のＲＦｆまたはＲＦｔ、もしくは、両方の和で与えられる。
【０００８】
ＲＦｆ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３
ＲＦｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４
次に、上述した従来例とは別の、従来のトラッキング誤差信号を得る回路について説明する。図３４に、トラッキング誤差信号を、位相差法で得る場合の従来例の回路図を示す。加算器４０１は、検出領域２０４と検出領域２０６とで受光された光量に応じて得られる信号ｔ１と信号ｔ３とを受け、その和信号を出力する。同様に加算器４０２は、検出領域２０５と検出領域２０７とで受光された光量に応じて得られる信号ｔ２と信号ｔ４とを受け、その和信号を出力する。
【０００９】
位相差信号生成回路３０８は、加算器４０１と加算器４０２との出力信号を受け、それらの信号の時間的位相差を検出し、トラッキング誤差信号ＴＥ０を出力する。一方、加算器４０３は、加算器４０１と加算器４０２との出力信号を受けてその和信号を出力する。加算器４０３の出力信号が情報を再生するためのＲＦ信号ＲＦｔとなる。
【００１０】
また、欠陥検出回路３１０は加算器４０３の出力信号を受け、欠陥検出信号ＤＥＤを出力する。欠陥検出信号ＤＥＤは、光ディスク１３０の表面に付いた汚れ等により、光ディスク１３０に記録されている信号の周波数帯域より低い周波数帯域で入力ＲＦ信号が低下した場合に出力される。
【００１１】
サンプル＆ホールド回路３１１は、位相差信号生成回路３０８から出力されるトラッキング誤差信号ＴＥ０を受けて、欠陥検出信号ＤＥＤが欠陥検出状態を示している時には、欠陥検出状態に入る直前のトラッキング誤差信号ＴＥ０を保持した信号を出力し、非欠陥状態を示している時には、入力されたとおりの信号を出力する。
【００１２】
次に、参考のために、上述した従来の光ヘッド装置を利用した、従来の光情報処理装置びついて説明する。図３５に、光情報処理装置としての光ディスクドライブの構成を示す。モータ５０１により光ディスク１３０が回転させられる。光ヘッド装置５０２はヘッド移送装置５０３により光ディスク１３０の内周−外周に移動させられる。光ヘッド装置５０２は光ディスク１３０に光ビームを照射し、反射してきた光を受けてそれに応じた信号を出力する。制御回路５０４は光ヘッド装置５０２から出力された信号を受けて、サーボ制御信号を光ヘッド装置５０２に出力する。またデータ生成回路５０５は、光ヘッド装置５０２からの信号を受けて光ディスク１３０に記憶されている情報を再生する。また、記録機能を備えた光ディスクドライブではデータ変換回路に入力された情報から光ディスクに記録すべき信号を生成し、光ヘッド装置５０２に対して出力する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、情報記憶媒体の記憶容量の拡大にともない、片側に複数の情報層を持つ媒体への情報の記憶もしくは再生が可能な多層の情報記憶媒体が提案されている。これらの一例として、ＤＶＤの２層ディスクは、２つの情報層を近接して設け、媒体の読み出し面に近い側の情報層の反射率を下げて光を透過させ、読み出し面から遠い側の情報層の反射率を従来通りほぼ１００％にすることにより、片面からの再生を可能としたものである。
【００１４】
ところが、このように従来、単層情報記憶媒体に対してフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得るためにホログラム素子を用いる光ヘッド装置と、多層情報記憶媒体とはおのおの独立に実現されていたが、多層情報記憶媒体に対してフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得るためにホログラム素子を用いる光ヘッド装置は実現されていなかった。
【００１５】
また、従来の光ヘッド装置では、片面から記録・再生可能な多層記憶媒体に情報を記録もしくは再生する際に、目的の情報層以外の情報層で反射した光の影響を受けフォーカス制御が不安定になるという課題が存在する。
【００１６】
さらに、上述した課題とは別に、従来の光ヘッド装置のトラッキング誤差信号を位相差法により得る回路では、トラックに光線が正確に集光されたときの、ホログラム素子の分割線からの光線のずれによるトラッキング誤差信号の感度は、急速に劣化するという課題があった。
【００１７】
また、従来の光ヘッド装置では、トラッキング誤差信号を得るさいに必要となってくる欠陥検出を、ホログラム素子からの全光量を利用して得ようとすると、トラッキング制御が不安定になるという課題があった。
【００１８】
加えて、上述した課題とは別に、ディスクの偏芯にともなってトラックが移動する場合、対物レンズがそのトラックの移動に追従して移動する際やディスク上のスポットがトラックを横断して移動する際に、フォーカス誤差信号にオフセットが生じるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１の本発明は、光を発する光源と、トラックを有する情報記憶媒体に前記光源から出射された光を集光する集光光学系と、前記情報記憶媒体で反射した光を分割する光線分割手段と、前記トラックに対して実質上垂直な第１の分割線と、前記トラックに対して実質上平行な第２の分割線とを有し、前記第１の分割線と前記第２の分割線とによって分割された第１、第２、第３および第４の領域を有し、前記情報記憶媒体で反射した光を受光して、受光した光量に応じた信号を４つ出力する光検出器と、前記光検出器からの一部の信号と残部の信号とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記光検出器からの４つの信号のうちの２つの信号を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された信号を利用してトラッキング誤差信号を出力するトラッキング誤差信号出力手段とを備え、前記比較手段は、前記光検出器における、前記第１の分割線により分割された二つの領域の一方を前記第１、第２の領域とし、他方を前記第３、第４の領域とした場合、前記第１および前記第２の領域からの信号の和の大きさと、前記第３および前記第４の領域からの信号の和の大きさとを比較し、前記選択手段は、前記比較手段によって比較された、和の大きさの小さい方の２つの領域からの２つの信号を選択し、前記トラッキング誤差信号出力手段は、前記選択手段によって選択された２つの信号の時間的位相を比較して前記トラッキング誤差信号を出力することを特徴とする光ヘッド装置である。
【００２０】
請求項２の本発明は、光を発する光源と、トラックを有する情報記憶媒体に前記光源から出射された光を集光する集光光学系と、前記情報記憶媒体で反射した光を分割する光線分割手段と、前記トラックに対して実質上垂直な第１の分割線と、前記トラックに対して実質上平行な第２の分割線とを有し、前記第１の分割線と前記第２の分割線とによって分割された第１、第２、第３および第４の領域を有し、前記情報記憶媒体で反射した光を受光して、受光した光量に応じた信号を４つ出力する光検出器と、前記光検出器からの４つの信号のうちの２つの信号を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された信号を利用してトラッキング誤差信号を出力するトラッキング誤差信号出力手段とを備え、前記光検出器における、前記第１の分割線により分割された二つの領域の一方を前記第１、第２の領域とし、他方を前記第３、第４の領域として、前記第１および前記第２の領域からの信号の和の大きさと、前記第３および前記第４の領域からの信号の和の大きさとを比較した場合、前記選択手段は、前記和の大きさの小さい方の２つの領域からの２つの信号を選択し、前記トラッキング誤差信号出力手段は、前記選択手段によって選択された２つの信号の時間的位相を比較して前記トラッキング誤差信号を出力することを特徴とする光ヘッド装置である。
【００２１】
請求項７の本発明は、光を発する光源と、トラックを有する情報記憶媒体に前記光源から出射された光を集光する集光光学系と、前記情報記憶媒体で反射した光を分割する光線分割手段と、前記光線分割手段により分割された光を受光して、受光した光量に応じた信号を出力する光検出器と、前記光検出器からの信号を利用してトラッキング誤差信号を出力するトラッキング誤差信号出力手段とを備え、前記光線分割手段は、前記トラックに対して実質上平行な分割線を有し、前記光線分割手段における、前記分割線により分割される二つの領域の一方を第１部とし、他方を第２部とし、前記光検出器は、前記第１部からの光を受光する第１領域と、前記第２部からの光を受光する第２領域とを有し、前記トラッキング誤差信号出力手段は、前記第１領域および前記第２領域からの信号の時間的位相を比較して前記トラッキング誤差信号を出力することを特徴とする光ヘッド装置である。
【００２２】
請求項１５の本発明は、光を発する光源と、前記光源から出射された光をトラックを有する情報記憶媒体上に集光する集光光学系と、前記情報記憶媒体で反射した光を受けてフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を検出可能にする波面を形成する波面変換手段と、前記波面変換手段からの光を受光して、受光した光量に応じた信号を出力する光検出器とを備え、前記波面変換手段は、前記光検出器の光検出面において、フォーカス誤差信号検出に用いる光ビームの断面形状を前記トラックの方向と実質上垂直な方向に収束するものであることを特徴とする光ヘッド装置である。
【００２３】
請求項１９の本発明は、光を発する光源と、前記光源から出射された光をトラックを有する情報記憶媒体上に集光する集光光学系と、前記情報記憶媒体で反射した光を受けてフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を検出可能にする波面を形成する波面変換手段と、前記波面変換手段からの光を受光して、受光した光量に応じた信号を出力する光検出器とを備え、前記波面変換手段は、隣接する第１領域と第２領域とを有し、前記第１領域は前記光検出器の前面で収束する第１波面を生成し、前記第２領域は前記光検出器の後面で収束する第２波面を生成し、前記第１領域および前記第２領域によって生成された２つの光ビームの断面形状は、前記光検出器の光検出面において、０次光の収束点を含む、前記トラックに対して実質上垂直な直線に関して線対称の関係にあることを特徴とする光ヘッド装置である。
【００２４】
請求項２１の本発明は、請求項１から２０のいずれかに記載の光ヘッド装置からの信号を受けてトラッキングおよび／またはフォーカス制御を行う制御回路を備えたことを特徴とする光情報処理装置である。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したところから明らかなように、本発明は、多層情報記憶媒体に対してホログラム素子等を用い、所定の情報層以外の情報層から反射した光の影響を抑え、安定にフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号が得られる光ヘッド装置及び光情報処理装置を提供することができる。
【００２６】
また、本発明は、ホログラム素子等を用いてトラッキング誤差信号を位相差法により得る場合、光線の分割位置がずれても、トラッキング誤差信号の劣化を抑え、安定なトラッキング誤差信号を得られる光ヘッド装置及び安定なトラッキング制御が可能な光情報処理装置を提供することができる。
【００２７】
また、本発明は、トラッキング誤差信号を位相差法により得る場合、光線の分割位置がずれても、トラッキング誤差信号の劣化を抑え、安定にトラッキング誤差信号を得られる光ヘッド装置及び安定なトラッキング制御が可能な光情報処理装置を提供することができる。
【００２８】
さらに、本発明は、ホログラム素子等を用いてフォーカス誤差信号を得る際、トラックの偏芯に追従して対物レンズが移動したり、ディスク上のスポットがトラックを横断して移動する際にも、安定なフォーカス誤差信号が得られる光ヘッド装置及び安定なフォーカス制御が可能な光情報処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１として、片面から記録・再生可能な２層の光ディスクを想定した場合の光ヘッド装置及び光情報処理装置の構成をその動作とともに述べる。
【００３１】
図１に実施の形態１の光学系の側面図を示す。半導体レーザ１０１から出た光はコリメータレンズ１０２で平行光になり、ビームスプリッタ１０３で反射されたあと、対物レンズ１０４で集光され、光ディスク１０５の第１の情報層１１１または第２の情報層１１２に集光される。対物レンズ１０４で集光された光の焦点をＦ０とする。アクチュエータ１０７は、対物レンズ１０４と保持手段１０６を、光ディスク１０５の面振れや偏芯に追従して移動する。
【００３２】
光ディスク１０５の第１の情報層１１１および第２の情報層１１２で回折・反射された反射光１１１ａと反射光１１２ａは、再び対物レンズ１０４を通り略平行な光となる。この略平行な光はビームスプリッタ１０３を透過し、検出レンズ１０８で収束する光となる。この収束する光はホログラム素子１０９に入り、ホログラム面１０９ａにより回折される。フォーカス誤差信号とトラッキング誤差信号の取り方は従来例と同様なのでここでは詳細な説明は省略する。また、光情報処理装置としての構成は図３５に示した従来例と同様であるのでここでは詳細な説明は省略する。
【００３３】
図１のように光ディスク１０５の対物レンズ１０４に近い第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせ情報を記録・再生する際、対物レンズ１０４から遠い側にある第２の情報層１１２で反射した反射光１１２ａの検出レンズ１０８による焦点Ｆ２は、第１の情報層１１１で反射した反射光１１１ａの検出レンズ１０８による焦点Ｆ１より、検出レンズ１０８に近い側に位置する。第１の情報層１１１と第２の情報層１１２の光学的な距離をｔ、対物レンズ１０４と検出レンズ１０８で決まる検出光学系の縦倍率をβとすると、焦点Ｆ１と焦点Ｆ２との光学的な距離は、２×ｔ×βである。
【００３４】
ここで光学的な距離とは、２点間の物理的な距離をその間の媒質の屈折率で割ったものであり、光が屈折率１の媒質中を通った場合の距離に換算したものである。
【００３５】
第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせたとき、反射光１１１ａの焦点Ｆ１と検出レンズ１０８との光学的な距離をｆ２とする。検出レンズ１０８から光検出器１１０のある側にｆ２だけ離れた点を点Ｋと定義する。点Ｋの位置は光ヘッド装置の光学系によって決まり、対物レンズ１０４と光ディスク１０５との距離が変わっても移動しない。第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせたときは、反射光１１１ａの焦点Ｆ１と点Ｋとは一致する。
【００３６】
点Ｋとホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａとの光学的な距離をｈとする。ｈと２×ｔ×βとがほぼ等しいと、第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせたとき、図３に示すように反射光１１２ａの焦点Ｆ２がホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａの近傍に位置する。このとき、ホログラム面１０９ａ上における反射光１１２ａの断面内にホログラム素子１０９の分割線を含むと、予期しない回折光が生じる。このとき、ホログラム面１０９ａ上における反射光１１２ａの断面積に比してホログラム素子１０９の分割線近傍の面積が大きいと、光検出器１１０への反射光１１２ａの予期しない回折光が強くなるので、第１の情報層１１１からの反射光１１１ａのフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号に外乱がのり、制御が不安定になる。
【００３７】
図４にホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａの全体図と中心付近の拡大図を示す。ホログラム面１０９ａはいくつかの短冊状のゾーンに分割されている。拡大図にホログラム面１０９ａのゾーンの分割線付近での格子形状を模式的に示す。ホログラム素子１０９のつなぎ目である分割線幅が格子周期程度であるので、ホログラム素子１０９のつなぎ目ではホログラム素子１０９の構造が乱れる。図４の拡大図では、このつなぎ目領域１０９ｂを破線で囲んで示した。このつなぎ目領域１０９ｂに照射された光は本来設計された方向とは異なる方向に回折される予期しない回折光となる。
【００３８】
図３に示すように第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせたとき、ホログラム面１０９ａ上での反射光１１１ａの断面積はつなぎ目領域１０９ｂの面積に比べて十分大きく、つなぎ目領域１０９ｂで生じる予期しない回折光の影響は無視できる。ところが、第２の情報層１１２からの反射光１１２ａの焦点Ｆ２がホログラム面１０９ａの近傍に位置し、ホログラム面１０９ａ上での反射光１１２ａの断面に含まれるつなぎ目領域１０９ｂの面積の割合が大きい場合、反射光１１２ａに含まれる光のほとんどが予期しない回折光となり、この光が光検出器１１０での反射光１１１ａのフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号に対しての外乱となって、制御が不安定になる。
【００３９】
第１の情報層１１１と第２の情報層１１２との光学的距離ｔは光ディスク１０５によりばらつきを持つ。このばらつきを考慮してｔの最大値をｔmaxとする。実施の形態１では、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａと点Ｋとの光学的な距離ｈが、ｈ＞２×ｔmax×β、を満たすように構成する。これにより、 第１の情報層１１１の情報を記録・再生する際も第２の情報層１１２からの反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面積がある程度大きくなるので、つなぎ目領域１０９ｂの影響を小さくできる。これにより、予期しない回折光を減らすことができるので、第１の情報層１１１からの反射光１１１ａの安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得ることができる。従来例の構成で、フォーカス誤差信号に外乱がのった場合、０．５μｍ以上のデフォーカスを生じる場合がある。それに対し本実施の形態１を用いた場合はデフォーカスは０．１μｍ以下に抑えられる。このため本実施の形態１を用いた光情報処理装置は、低い誤り率で情報の記録・再生が可能となる。
【００４０】
光ディスク１０５の一例として、第１の情報層１１１と第２の情報層１１２との層間の厚みのばらつきの最大値を７０μｍ、屈折率のばらつきの最小値を１．４５と仮定する。このとき、光学的な距離の最大値ｔmaxは約４８μｍとなる。光ヘッド装置の一例として、対物レンズ１０４と焦点Ｆ０との光学的な距離ｆ１を３ｍｍ、検出レンズ１０８と点Ｋとの光学的な距離ｆ２を２０ｍｍとする。検出光学系の縦倍率βは、β＝（ｆ２・ｆ２）／（ｆ１・ｆ１）、で与えられる。この例では、検出光学系の縦倍率βは約４４倍となる。従って、第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせたとき、第２の情報層１１２からの反射光１１２ａの焦点Ｆ２は、点Ｋより検出レンズ１０８側に４．３ｍｍ離れた点に位置する。そこで、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａから点Ｋまでの光学的な距離を４．３ｍｍより大きくなるように光ヘッド装置を設計する。こうすることにより、２層の情報層間の光学的距離にばらつきを持つどのような光ディスク１０５に対しても、所定の情報層の反射光の安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得ることができる。低い誤り率で情報の記録・再生が可能となる。
【００４１】
さらに、ホログラム素子１０９のつなぎ目領域１０９ｂの面積が反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面積の５分の１程度以下であれば、つなぎ目領域１０９ｂからの予期しない回折光の影響を実質的に十分抑えられる。
【００４２】
波長λの略平行の光束が開口数ＮＡのレンズで集光されるとき、集光点からの距離をｄとして、ｄがλ／（ＮＡ・ＮＡ）より大きいときには集光される光束の断面の直径Ｄはｄに比例し、Ｄ＝ＮＡ・ｄで与えられる。
【００４３】
検出レンズ１０８の開口数ＮＡを０．０９、半導体レーザ１０１光の波長λを６５０ｎｍとする。さらに、図４の拡大図に示すように、ホログラム面１０９ａのゾーンの分割線が反射光１１２ａの断面の中央を通り互いに直交する２本の直線であるとし、ホログラム素子１０９の格子周期Ｌを１０μｍ程度とすると、つなぎ目領域１０９ｂが反射光１１２ａの断面積の５分の１程度以下であるためには、ホログラム面１０９ａ上での反射光１１２ａの断面の半径は６０μｍ以上となる。従ってホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａが反射光１１２ａの焦点Ｆ２からｄ＝１．４ｍｍ程度以上離れるようにすればよい。この場合には、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａから点Ｋまでの距離を４．３＋１．４＝５．７ｍｍ以上にすれば、ホログラム素子１０９のゾーンの分割線の影響を全く受けることはなくなり、層間距離のばらつきの範囲の限界の光ディスク１０５に対しても常に安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号をえることが可能になる。これにより、片側から記録・再生可能な２層の情報層を持つ情報記憶媒体に情報の記録や再生が低い誤り率で実現可能となる。
【００４４】
なお、実施の形態１では、２層の光ディスク１０５の情報層間の厚みと屈折率、対物レンズ１０４と焦点Ｆ０との光学的距離、検出レンズ１０８と点Ｋとの光学的距離、検出レンズ１０８の開口数および半導体レーザ１０１光の波長の数値を仮定したが、それらに限定されるものではない。
【００４５】
なお、実施の形態１では、ホログラム素子１０９と光検出器１１０との光学的な距離を大きくする設計となるので、所定の情報層の反射光のフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得るための光学系の調整が容易に行えるという効果がある。
【００４６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２として、片面から記録・再生可能な２層の光ディスクを想定した場合の光ヘッド装置及び光情報処理装置の構成をその動作とともに述べる。
【００４７】
図６に実施の形態２の光学系の側面図を示す。実施の形態１と同様の働きを示すもの、および同様に定義される点等には同じ符号を用いる。実施の形態２では、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａと検出レンズ１０８から距離ｆ２にある点Ｋとの光学的な距離を小さくした場合について述べる。
【００４８】
片面から記録・再生が可能な２層の光ディスク１０５の層間隔のばらつきを考え、その第１の情報層１１１と第２の情報層１１２との光学的な距離の最小値をｔmin、検出光学系の縦倍率をβとして、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａと点Ｋとの光学的な距離ｈが、ｈ＜２×ｔmin×β、を満たすように構成する。これにより、第１の情報層１１１の情報を記録・再生する際も第２の情報層１１２からの反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面がある程度大きくなり、つなぎ目領域１０９ｂの影響を小さくすることができる。このため、つなぎ目領域１０９ｂの予期しない回折光を減らすことができるので、第１の情報層１１１からの反射光１１１ａの安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得ることができる。本実施の形態２を用いた場合も、デフォーカスは０．１μｍ以下に抑えることができ、従来例の０．５μｍ以上に比べ大幅に改善される。これにより、低い誤り率で情報の記録・再生が可能となる。
【００４９】
光ディスク１０５の一例として、第１の情報層１１１と第２の情報層１１２との層間隔のばらつきの最小値を４０μｍ、屈折率のばらつきの最大値を１．６５と仮定する。このとき、光学的な距離の最小値ｔminは約２４μｍとなる。光ヘッド装置の一例として、対物レンズ１０４と焦点Ｆ０との光学的な距離ｆ１を３ｍｍ、検出レンズ１０８と点Ｋとの光学的な距離ｆ２を２０ｍｍとする。この例では、検出光学系の縦倍率βは約４４倍となる。従って、第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせたときの第２の情報層１１２からの反射光１１２ａの焦点Ｆ２は、点Ｋより検出レンズ１０８側に２．１ｍｍだけ離れた点に位置する。そこで、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａから点Ｋまでの光学的な距離が２．１ｍｍより小さくなるように光ヘッド装置を設計する。
【００５０】
こうすることにより、２層の情報層間の光学的距離にばらつきを持つどのような光ディスク１０５に対しても、所定の情報層の反射光の安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得ることができ、低い誤り率で情報の記録・再生が可能となる。
【００５１】
さらに、ホログラム素子１０９のつなぎ目領域１０９ｂの面積が反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面積の５分の１程度以下であれば、つなぎ目領域１０９ｂからの予期しない回折光の影響を実質的に十分抑えられる。
【００５２】
光学系の一例として、検出レンズ１０８の開口数ＮＡを０．０９、半導体レーザ１０１光の波長λを６５０ｎｍとする。この例では、実施の形態１と同様の仮定と計算とにより、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａは、反射光１１２ａの焦点からｄ＝１．４ｍｍ程度以上離せばよい。この場合には、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａから点Ｋまでの距離を２．１−１．４＝０．７ｍｍ以下にすれば、ホログラム素子１０９のゾーンの分割線の影響を全く受けることはなくなり、層間距離のばらつきの範囲の限界の光ディスク１０５に対しても常に安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得ることが可能になる。これにより、本実施の形態の光情報処理装置は片側から記録・再生可能な２層の情報層を持つ情報記憶媒体に情報の記録や再生が低い誤り率で実現可能となる。
【００５３】
なお、実施の形態２では、２層の光ディスク１０５の情報層間の厚みと屈折率、対物レンズ１０４と焦点Ｆ０との光学的距離、検出レンズ１０８と点Ｋとの光学的距離、検出レンズ１０８の開口数および半導体レーザ１０１の光の波長の数値を仮定したが、それらに限定されるものではない。
【００５４】
なお、実施の形態２では、ホログラム素子１０９と光検出器１１０との光学的な距離を小さくできるので、光ヘッド装置全体を小さくすることができるという効果がある。
【００５５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３として、片面から記録・再生可能な３層の光ディスクを想定した場合の光ヘッド装置及び光情報処理装置の構成をその動作とともに述べる。
【００５６】
図７に実施の形態３の光ディスク１１３の略構造と光学系の光検出器１１０付近の側面図を示す。実施の形態１または２と同様の働きを示すもの、および同様に定義される点等には同じ符号を用いる。光ディスク１１３は、第１の情報層１１４、第２の情報層１１５、第３の情報層１１６を持つ。第１、２、３の情報層１１４、１１５、１１６からのそれぞれの反射光１１４ａ、１１５ａ、１１６ａの検出レンズ１０８によるおのおのの焦点をＦ１、Ｆ２、Ｆ３とする。第１の情報層１１４に焦点Ｆ０を合わせたときの反射光１１４ａの検出レンズ１０８による焦点Ｆ１を点Ｋと定義し、点Ｋと検出レンズ１０８との距離をｆ２とする。
【００５７】
第１の情報層１１４と第２の情報層１１５、および第２の情報層１１５と第３の情報層１１６の層間隔はそれぞれ４０μｍであるとし、各情報層間の媒質の屈折率を１．５と仮定する。また検出光学系の縦倍率βを４４倍とする。第１の情報層１１４に対物レンズ１０４の焦点Ｆ０を合わせたとき、第２の情報層１１５と第３の情報層１１６からのそれぞれの反射光１１５ａと反射光１１６ａの各々の焦点Ｆ２と焦点Ｆ３は点Ｋより検出レンズ１０８側にそれぞれ２．４ｍｍと、４．７ｍｍのところに位置する。したがって、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａを点Ｋから光学的な距離が３．６ｍｍの位置になるように光ヘッド装置を設計すればよい。これにより、反射光１１５ａおよび／または反射光１１６ａのホログラム面１０９ａ上での予期しない回折光の影響を抑えることができるので、第１の情報層１１４からの反射光１１４ａに対する外乱の少ないフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号が得られ、安定な制御が実現できる。この場合もデフォーカスが０．１μｍ以下に抑えることができ、従来例の０．５μｍ以上のデフォーカスに比べ大幅に改善される。
【００５８】
このように本実施の形態３の光ヘッド装置及び光情報処理装置を用いれば、２層以上の情報層を持つ光ディスクも、低い誤り率で情報の記録・再生が可能となる。
【００５９】
なお、実施の形態３では、３層の光ディスク１１３の情報層間の各層の厚みと屈折率および検出光学系の縦倍率βの数値を仮定したが、それらに限定されるものではなく、もっと多層の場合でも同様な効果を得ることができる。
【００６０】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４として、片面から記録・再生可能な２層の光ディスクを想定した場合の光ヘッド装置において、検出光学系の途中にビーム整形プリズムが入り、検出光学系の縦倍率が方向により異なる場合の光ヘッド装置の構成をその動作とともに述べる。
【００６１】
情報記憶媒体としての光ディスクへの情報の記録・再生を目的とした光ヘッド装置では、半導体レーザからの光を効率よく利用し、円形の集光スポットを得るために、ビーム整形を行う。これはビーム整形プリズムを用いて、半導体レーザの出射光束の広がり角の広い側の取り込み率を広がり角の狭い側のそれより相対的に上げることにより実現される。
【００６２】
半導体レーザの広がり角の具体的な数値の例をあげる。光量分布の半値全幅で示すと、狭い方が９度、広い方が２４度である。したがって、広がり角の狭い９度の方向を光学的に２．５倍すれば、光量分布が方向によらず、ほぼ均一な広がりを持つようになる。
【００６３】
図８に、実施の形態４の光学系の側面図を示す。前出の実施の形態と同様の働きを示すもの、および同様に定義される点等には同じ符号を用いる。半導体レーザ１０１からでた光はコリメータレンズ１０２で平行光になりビームスプリッタ１０３で反射される。その光は、倍率変換手段としてのビーム整形プリズム１２１で、特定の方向に折り曲げられ、その方向に光が広げられる。この光は、対物レンズ１０４で光ディスク１０５に集光される。対物レンズ１０４から出射される光の焦点をＦ０とする。光ディスク１０５の第１の情報層１１１または第２の情報層１１２で反射・回折された光は、再び対物レンズ１０４を通り平行光になる。この光は倍率変換手段としてのビーム整形プリズム１２１で再び折り曲げられ、その方向に光は縮小される。この光はビームスプリッタ１０３を透過し検出レンズ１０８で集光される。さらに、ホログラム素子１０９で回折され光検出器１１０で受光される。
【００６４】
倍率変換手段としてのビーム整形プリズム１２１は検出光学系の特定の方向の縦倍率を変化させる。そのビーム整形プリズム１２１により折り曲げられる前後両方の光軸を含む平面に平行な平面方向では、検出光学系の縦倍率は変化しないが、折り曲げられる前後両方の光軸を含む平面に直交する平面方向では、検出光学系の縦倍率が変化する。図９に第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせたとき、第２の情報層１１２からの反射光１１２ａのホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａ上での断面の形を示す。ここでは倍率変換手段としてのビーム整形プリズム１２１により、反射光１１２ａは特定の方向（図９中ではＹ方向）に縮小されるので、反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面形状は楕円となる。このＹ方向ではＸ方向に比べ検出光学系の縦倍率が高くなっているため、第２の情報層１１２と対物レンズ１０４の距離が変わると、Ｘ方向に比してホログラム面１０９ａ上での断面の径の変化が大きくなる。
【００６５】
対物レンズ１０４の焦点Ｆ０を第１の情報層１１１に合わせたとき、第１の情報層１１１の反射光１１１ａの検出レンズ１０８による焦点Ｆ１の位置を点Ｋと定義し、点Ｋと検出レンズ１０８との距離をｆ２とする。第２の情報層１１２の反射光１１２ａが倍率変換手段としてのビーム整形プリズム１２１と検出レンズ１０８とによりＹ方向に絞れた焦線となるＹ方向の点をＹ方向の焦点Ｆ２とする。
【００６６】
光ディスク１０５の２層の情報層間の光学的な距離のばらつきの最大値をｔmax、検出光学系のＹ方向の縦倍率をβ１、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａと点Ｋとの光学的な距離をｈとする。
【００６７】
ここでｈが、２×ｔmax×β１、にほぼ等しいと仮定する。このとき、第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせると焦点Ｆ２はホログラム面１０９ａの近傍に位置し、第２の情報層１１２で反射された反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面は図１０に示したようにＹ方向にのみ集光され、その断面がほぼ直線となる。このとき、反射光１１２ａのＹ方向に集光された光がホログラム面１０９ａの分割線と重なると、予期しない回折光を生じ、安定なフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号がが得られない。
【００６８】
実施の形態４では、ｈが、ｈ＞２×ｔmax×β１、を満たすように光ヘッド装置を設計する。光情報処理装置としての構成は図３５に示したものであり、従来例と同様なので詳細な説明は省略する。
【００６９】
光ディスク１０５として、第１の情報層１１１と第２の情報層１１２の層間の厚みのばらつきの最大値を７０μｍ、屈折率のばらつきの最小値を１．４５と仮定する。このとき、光学的な距離の最大値ｔmaxは約４８μｍとなる。光ヘッド装置の一例として、対物レンズ１０４と焦点Ｆ０との光学的な距離ｆ１を３ｍｍ、倍率変換手段としてのビーム整形のＹ方向の倍率を２倍、検出レンズ１０８から点Ｋまでの距離ｆ２を１０ｍｍとする。検出光学系のＹ方向の縦倍率β１は、β１＝（ｆ２・ｆ２・２・２）／（ｆ１・ｆ１）、で与えられる。この例では、検出光学系の縦倍率β１は約４４倍となる。したがって、第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせたとき、第２の情報層１１２からの反射光１１２ａのＹ方向の焦点Ｆ２は、点Ｋより検出レンズ１０８側に４．３ｍｍだけ離れた点に位置する。そこで、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａと点Ｋとの光学的な距離を４．３ｍｍより大きくなるように光ヘッド装置を設計する。こうすることにより、２層の情報層間の光学的距離にばらつきを持つどのような光ディスク１０５に対しても、所定の情報層の反射光の安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得ることができる。ビーム整形プリズムを用いた従来例の構成では、デフォーカスが約１．０μｍ発生するのに対し、本実施の形態では０．１μｍ以下のデフォーカスに抑えられる。このため本実施の形態４の光情報処理装置を用いると、低い誤り率で情報の記録・再生が可能となる。
【００７０】
さらに、ホログラム素子１０９のつなぎ目領域１０９ｂの面積が反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面積の５分の１程度以下であれば、つなぎ目領域１０９ｂからの予期しない回折光の影響を実質的に十分抑えられる。この様な光ヘッド装置の設計にすれば、層間距離のばらつきの範囲の限界の光ディスク１０５に対しても常に安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得ることが可能になる。
【００７１】
なお、実施の形態４では、２層の光ディスク１０５の情報層間の厚みと屈折率および倍率変換手段としてのビーム整形のＹ方向の縦倍率の数値を仮定したが、本発明の効果は、それらに限定されるものではない。
【００７２】
（実施の形態５）
次に実施の形態５として、実施の形態４の場合と同様に、検出光学系の途中にビーム整形プリズムが入り、検出光学系の縦倍率が方向により異なる場合の光ヘッド装置で、複数の情報層を持つ情報記憶媒体を片側から記録・再生する場合について述べる。前の実施の形態と同様の働きを示すものには同じ符号を用いる。
【００７３】
光学系の構成は実施の形態４と同様であるので詳細の説明は省略する。
【００７４】
対物レンズ１０４の焦点Ｆ０を第１の情報層１１１に合わせたとき、第１の情報層１１１の反射光１１１ａの検出レンズ１０８による焦点Ｆ１の位置を点Ｋと定義し、点Ｋと検出レンズ１０８との距離をｆ２とする。第２の情報層１１２の反射光１１２ａが、検出レンズ１０８とビーム整形プリズムとによりＹ軸方向に絞れた焦線となる点をＹ方向の焦点Ｆ２とする。
【００７５】
片面から記録・再生可能で複数の情報層を持つ光ディスク１０５の、情報層間の光学的な距離をｔ、検出光学系のＹ軸方向の縦倍率をβ１とする。ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａと点Ｋとの光学的な距離をｈとする。
【００７６】
ここでｈがｔとβ１の積の２倍にほぼ等しいと仮定する。このとき、第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせると、Ｆ２はホログラム面１０９ａの近傍に位置し、第２の情報層１１２で反射された反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面は、図１０に示したようにＹ軸方向にのみ集光され、その断面がほぼ直線となる。
【００７７】
本発明に係る実施の形態５では、ホログラム素子１０９のかわりに、図１１に示したようなホログラム素子１２２を用いる。ホログラム素子１２２では、Ｘ軸に平行な方向の分割線を一直線上に並べず、ゾーンごとにずらす。図１１では、その実現手段の一手法として分割線１２２ｂを矩形波状にしている。これにより、反射光１１２ａと分割線とが重なる面積の割合を抑えることができるので、予期しない反射光の影響を減らすことができる。従って、フォーカス制御を安定に行うことができる。従来例の構成では約１．０μｍのデフォーカスが発生していたものが、本実施の形態５では０．２μｍ以下のデフォーカスに抑えられる。本実施の形態５の光情報処理装置を用いた場合、低い誤り率で情報の記録・再生を行うことができる。
【００７８】
また、図１１のようなホログラム素子１２２を用いると、ホログラム素子１２２の分割線１２２ｂと反射光１１２ａとの位置関係のＹ軸方向のずれに対して、位相差法によるトラッキング誤差信号の低下する割合が小さくなる。これにより調整に対するマージンが広がり、組立のコストを下げることができるという効果がある。
【００７９】
また別の例として、ホログラム素子１２２の代わりに、図１２のようなホログラム素子１２３を用いてもよい。ホログラム素子１２３では、分割線１２３ｂが反射光１１２ａの焦線の方向と５度の角度を持つ。この場合も、反射光１１２ａがＹ軸方向に収束されたときにも、分割線１２３ｂと重なる面積を小さくすることができ、予期しない回折光の影響を小さくすることができるので、安定したフォーカス制御が実現できる。なお、図１２では、ホログラム素子１２３の分割線１２３ｂが反射光１１２ａの焦線の方向と５度の角度を持つとしたが、分割線１２３ｂと反射光１１２ａの焦線のなす角度は、５度に限らず、５度以上でありさえすればよい。
【００８０】
また、更に別の例として図１３に示すように、ホログラム素子１２４のように分割線１２４ｂがランダムに並んでいても同様の作用に基づき同様な効果が得られる。
【００８１】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６として、片面から記録・再生可能な２層の光ディスクを想定した場合の光ヘッド装置において、波面変換手段としてホログラム素子を用いたとき、所定の情報層以外の反射光のホログラム素子上へ集光された光の断面の直径と、ホログラム素子の格子周期とが同程度となる制約を受けた場合の光ヘッド装置の構成をその動作とともに述べる。
【００８２】
検出光学系で集光される光の断面の大きさは検出レンズの開口数ＮＡと光の波長λによって決まる。
【００８３】
検出レンズの焦点から光軸方向への距離ｄが、ｄ＜λ／（ＮＡ・ＮＡ）、の範囲では、光の断面の直径Ｄはほとんど変化せず、Ｄ＝λ／ＮＡ、程度となる。
【００８４】
これに対して距離ｄが、ｄ＞λ／（ＮＡ・ＮＡ）、の範囲では、光の断面の直径Ｄは距離ｄに比例し、Ｄ＝ＮＡ・ｄ、で与えられる。
【００８５】
実施の形態６を図３を用いて説明する。前出の実施の形態と同様の働きを示すもの、および同様に定義される点等には同じ符号を用いる。図３に示すように、光ディスク１０５の第１の情報層１１１に焦点Ｆ０を合わせるとき、第２の情報層１１２からの反射光１１２ａの検出レンズ１０８による焦点Ｆ２が、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａの近傍にある場合を仮定する。反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面内にホログラム面１０９ａのゾーンの分割線を含まない場合でも、反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面の直径Ｄがホログラム素子１０９の格子周期Ｌより小さいと、ホログラム素子１０９は設計されたとおりの機能を果たさず、予期しない回折光を生じる。これはホログラム素子１０９の溝のある片側斜面のみに反射光１１２ａが当たり回折光のバランスが崩れるためである。
【００８６】
そこで、ホログラム素子１０９の格子周期Ｌより、反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面の直径Ｄが大きくなるような光学系を構成すればよい。図１４にホログラム素子１０９の一部と反射光１１２ａを示す。
【００８７】
検出レンズ１０８の開口数ＮＡを０．０９、半導体レーザ１０１光の波長λを６５０ｎｍと仮定すると反射光１１２ａの断面の直径は最小値でも約７μｍになる。従って、ホログラム素子１０９の格子周期Ｌが約７μｍ以下になるよう設計すればよい。この場合、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａと反射光１１２ａの検出レンズ１０８による焦点Ｆ２との位置関係に関わらず、予期しない回折光を抑えることができる。こうすることにより、所定の情報層の反射光の安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得ることができる。従来例の構成で回折格子の間隔より反射光の断面の直径が小さい場合は０．５μｍ以上のデフォーカスが生じる。それに対し本実施の形態の構成を用いた場合０．２μｍ以下のデフォーカスに抑えることができる。このように本実施の形態の光情報処理装置を用いた場合、低い誤り率で情報の記録・再生が可能となる。
【００８８】
また、別の仮定として、ホログラム素子１０９の格子周期Ｌが１０μｍ程度と仮定する。検出レンズ１０８の開口数ＮＡを０．０９、半導体レーザ１０１光の波長λを６５０ｎｍとすると、反射光１１２ａのホログラム面１０９ａ上での断面の直径Ｄが１０μｍを超えるのは、反射光１１２ａの検出レンズ１０８による焦点Ｆ２とホログラム面１０９ａとの距離をｄとして、ｄ＝０．１１ｍｍ以上のときである。したがって、この場合には、ホログラム素子１０９のホログラム面１０９ａと点Ｋとの距離を、光ディスク１０５の層間の光学的な距離の最悪値を考えた場合から更に０．１１ｍｍ以上距離を取れば、どのような光ディスク１０５に対しても、予期しない回折光の生じる原因を除去できる。こうすることにより、所定の情報層の反射光の安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得ることができ、低い誤り率で情報の記録・再生が可能となる。
【００８９】
なお、実施の形態６では、ホログラム素子１０９の格子周期Ｌ、検出レンズ１０８の開口数ＮＡおよび半導体レーザ１０１光の波長λの数値を仮定したが、本発明の効果は、それらに限定されるものではない。
【００９０】
なお、以上説明してきた実施の形態１から６では、ことわりがない限り波面変換手段としてはホログラム素子１０９を、光源としては半導体レーザ１０１を示す。
【００９１】
また、波面変換手段がホログラム素子１０９ではなく、段差プリズム１２０であった場合の光学系の側面図を図５に代表して示す。光ディスク１０５の第１の情報層１１１または第２の情報層１１２で回折・反射した反射光１１１ａおよび１１２ａは対物レンズ１０４，ビームスプリッタ１０３，検出レンズ１０８を経て、段差プリズム１２０によりフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号が検出可能な光束になる。
【００９２】
段差プリズム１２０を用いた場合でも、稜や段差付近には崩れ等があり、やはり数μｍ程度の幅で通常の機能が期待できない段差領域がある。そこで、第１の情報層１１１の情報を記録・再生する際、第２の情報層１１２で反射された反射光１１２ａの段差プリズム１２０上での断面積に占める段差領域の面積が十分小さくなるように段差プリズム１２０と点Ｋとの光学的な距離を設計すればよい。この距離の決め方は、波面変換手段としてホログラム素子１０９を用いる場合と同様である。このように本発明では、波面変換手段として段差プリズム１２０を用いた場合でも安定したフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を得ることができ、情報の記録・再生を低い誤り率で実現できる。
【００９３】
また、図１に代表して示したように、検出面１１０ａ上に点Ｋが存在する構成を示してきたが、必ずしも点Ｋは検出面１１０ａ上にある必要はない。図２に示すように、点Ｋが検出面１１０ａ上にない装置構成でも、本発明の効果を得ることができる。
【００９４】
また、以上説明した実施の形態１から６では、半導体レーザ１０１と光検出器１１０とが独立に存在し、ビームスプリッタ１０３で光を合成・分離しているが、半導体レーザ１０１と光検出器１１０とを一体化した、ＬＤ−ＰＤモジュールを用いても、実施の形態１から６のいずれに対しても同様な効果が得られる。
【００９５】
また、情報層としては、ポリカーボネート等の基板に微少な凹凸を転写し、アルミニウム等を適当な透過率・反射率を持つよう蒸着した再生専用の情報層がある。また、結晶の状態で反射率が変わるような物質や、磁化の方向を制御できる物質、熱や光により構造の変化する色素等を膜状につけた記録可能な情報層や、媒質の構造変化により屈折率が変化する情報層などがある。
【００９６】
さらに、本発明の実施の形態１、２、４、５および６では２層の、実施の形態３では３層の情報記憶媒体を想定した場合の光ヘッド装置について述べてきたが、本発明は２層または３層の情報記憶媒体に限定されるものではなく、情報層を複数持つ多層情報記憶媒体にも適応される。
【００９７】
複数の情報層を持つ多層情報記憶媒体の構造としては、実質的に同じ厚さの複数枚の基板のそれぞれの片側に情報層を作り、情報層を内側に適当な厚さの中間層を設けて、これらを張り合わせた構造や、複数枚の基板の片側に情報層と中間層とを交互に積み上げ最後に保護層をつけた構造がある。
【００９８】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７として、トラッキング誤差信号を位相差法により得る場合に、トラックの接線方向であるタンゼンシャル方向に光量の少ない側からのみトラッキング誤差信号を得る光ヘッド装置及び光情報処理装置について述べる。
【００９９】
図１５にこの実施の形態７の光学系の側面図を示す。構成は図３２の従来例で説明した通りなので詳しい説明は省略する。図１６にホログラム素子１０９と光検出器１１０の概略図を示す。また、情報面１３１で反射した反射光１３１ａと、ホログラム素子１０９による±１次回折光１３１ｂ、１３１ｃの検出面１１０ａ上での断面図も図１６に示す。図１６についても図３３の従来例で説明した通りなので詳しい説明は省略する。また光情報処理装置としての構成も図３５に示すが、従来例で説明したとおりなので詳細な説明は省略する。
【０１００】
図１７に、本実施の形態７のトラッキング誤差信号を得るための回路構成図及び欠陥検出のための回路構成図を示す。加算器３０１は、光検出器１１０の検出領域２０４と検出領域２０５とで受光された光量に応じて得られる信号ｔ１、ｔ２を受けてその和信号を出力する。また加算器３０２は、検出領域２０６と検出領域２０７とで受光された光量に応じて得られる信号ｔ３、ｔ４を受けてその和信号を出力する。加算器３０３は、加算器３０１と加算器３０２との出力信号を受けてその和信号を出力する。この加算器３０１からの出力信号がＲＦ信号ＲＦｔとなる。
【０１０１】
比較回路３０４は、加算器３０１と加算器３０２との出力信号を受け、入力信号からＲＦ信号の周波数帯域より低い周波数帯域の信号を抽出し、それら２つの入力信号の低域成分の大きさを比較し、結果を出力する。
【０１０２】
制御回路３０５は、比較回路３０４の出力信号を受けてスイッチ３０６とスイッチ３０７とを制御する。スイッチ３０６は信号ｔ２を接点ｓ１に、信号ｔ４を接点ｓ２に受け、各スイッチの状態により信号ｔ２またはｔ４のどちらかを出力する。スイッチ３０７は信号ｔ１を接点ｓ３に、信号ｔ３を接点ｓ４に受け、スイッチの状態により信号ｔ１またはｔ３のどちらかを出力する。
【０１０３】
制御回路３０５は、加算器３０１の出力信号の低域成分が加算器３０２の出力信号の低域成分より大きいとき、スイッチ３０６は接点ｓ２と接続し、スイッチ３０７は接点ｓ４と接続するように制御する。また加算器３０１の出力信号の低域成分が加算器３０２の出力信号の低域成分より小さいとき、スイッチ３０６は接点ｓ１と接続し、スイッチ３０７は接点ｓ３と接続する。従って、ｔ１及びｔ２の和信号の低域成分とｔ３及びｔ４の和信号との低域成分を比較し、和が小さい方の信号がスイッチ３０６及びスイッチ３０７から出力される。
【０１０４】
位相差信号生成回路３０８は、スイッチ３０６とスイッチ３０７とからの出力信号を受けてその時間的な位相差を検出し、トラッキング誤差信号ＴＥ０を出力する。また加算器３０９は、スイッチ３０６とスイッチ３０７との出力信号を受けてその和信号を出力する。
【０１０５】
欠陥検出回路３１０は加算器３０９の出力信号を受け、欠陥検出信号ＤＥＤを出力する。欠陥検出信号ＤＥＤは、光ディスク１３０の表面に付いた汚れ等により、光ディスク１３０に記録されている信号の周波数帯域より低い周波数帯域で入力ＲＦ信号が低下した場合に出力される。
【０１０６】
サンプル＆ホールド回路３１１は、位相差信号生成回路３０８から出力されるトラッキング誤差信号ＴＥ０を受けて、欠陥検出信号ＤＥＤが欠陥検出状態を示す時には、欠陥検出状態に入る直前のトラッキング誤差信号ＴＥ０を保持した信号を出力し、非欠陥状態を示す時には、入力されたとおりの信号ＴＥ０を出力する。
【０１０７】
図１８に、ホログラム素子１０９の、トラックの接線方向と略垂直な分割線１０９ｂの位置の、反射光１３１ａに対しての、トラックの接線方向であるタンゼンシャル方向のずれと、位相差法によるトラッキング誤差信号の振幅との関係を示す。ここでは、光ディスク１３０としてＤＶＤのディスクを、光ヘッド装置としてＤＶＤ用光ヘッドを想定し、トラックに光線が正確に集光されたときの分割線１０９ｂのタンゼンシャル方向のずれを横軸、位相差法によるトラッキング誤差信号の振幅を縦軸としている。
【０１０８】
分割線１０９ｂの位置ずれは、反射光１３１ａの断面のタンゼンシャル方向の半径に対する比で表す。トラッキング誤差信号の振幅は、分割線１０９ｂの位置ずれがなく、反射光１３１ａの断面の中心を通るときの振幅を１００％として規格化している。
【０１０９】
図１８に示したように、従来例では、分割線１０９ｂの位置がタンゼンシャル方向の半径に対し０．４のずれで、トラッキング誤差信号の振幅は７０％に低下し、０．６のずれでは振幅は３５％に低下する。一方、本実施の形態７では、分割線１０９ｂの位置がタンゼンシャル方向の半径に対し０．４ずれても、トラッキング誤差信号の振幅はむしろ増加し、０．６のずれでも振幅は９０％以上を保つことができる。つまり、実施の形態７では、図１８に示すように、トラッキング誤差信号の振幅の変化が小さい。これは、トラックに光線が正しく集光されたときの分割線１０９ｂのタンゼンシャル方向のずれが大きいときであっても、トラッキング誤差信号は感度よく検出されるということを意味している。
【０１１０】
以上のように本実施の形態７では、分割線１０９ｂがずれてもトラキング誤差信号の振幅の低下量を小さくできるので、トラッキング制御を安定に行うことができるという大きな効果が得られる。これにより、光ディスクへの情報の記録・再生を低い誤り率で行うことができる。これは光ヘッド装置の組立の精度をゆるめることができることを意味している。この技術により、調整を省くことによる組立工数の低減や、加工精度の低減等、光ヘッド装置の性能を下げることなくコストダウンが実現できる。
【０１１１】
また、特に本実施の形態７の光情報処理装置では、位相差のトラッキング誤差信号を得る領域を動的に切り替えるため、初期の調整ずれ等による、分割位置ずれのみではなく、経時変化による分割位置ずれが生じても、本発明の効果を得ることができる。
【０１１２】
また、本実施の形態７の光情報処理装置では、欠陥検出回路３１０に入力する信号として、トラッキング誤差信号の生成に使っている信号のみを使用している。従来例のように全光量を用いて欠陥検出を行うと、全光量の和信号に欠陥の影響が現れる前に、トラッキング誤差信号に欠陥の影響が現れ、そこで信号をホールドしても欠陥の影響を抑えることができなかった。本実施の形態７のように、光の一部のみを使用してトラッキング誤差信号を得る場合には、トラッキング誤差信号を得ている検出領域から得られる信号のみを用いて欠陥検出を行えば、この課題を解決できる。この場合、光ディスクの表面に例えばゴミ等が付着していても、安定してトラッキング制御を行うことができる。
【０１１３】
なお、本実施の形態では、ホールドするのはトラッキング誤差信号のみとしたが、欠陥検出回路の出力信号を用いてフォーカス誤差信号を同時にホールドすれば、欠陥によりフォーカスがはずれたりするのを防ぐことができる。この場合トラッキング制御の安定化と同時に、フォーカス制御の安定化を実現することができる。
【０１１４】
また、ここでは光源としての半導体レーザ１０１と光検出器１１０とが別に存在し、ビームスプリッタ１０３で光を合成・分離しているが、半導体レーザ１０１と光検出器１１０とを一体化した、ＬＤ−ＰＤモジュールを用いても本実施の形態の効果は同様に得られる。
【０１１５】
なお、ここでは光線分割手段としてホログラム素子を用いたが、他の手段を用いてもよい。図１９に、他の光線分割手段として段差プリズム１２０を用いた場合の光学系の側面図を示す。詳細な説明は省くが、情報層１３１からの反射光１３１ａは、段差プリズム１２０により分割光線１３１ｄと１３１ｅとに分割され、光検出器１１０で受光される。このような光学系の場合も、実施の形態７の回路系と組み合わせることにより図１５の光学系の場合と同様の効果が得られる。
【０１１６】
（実施の形態８）
本発明の実施の形態８として、実施の形態７のスイッチの代わりに、ジャンパスイッチで切り替える場合の光ヘッド装置及び光情報処理装置について述べる。
【０１１７】
図２０に、実施の形態８の回路構成図を示す。実施の形態７と同様の働きを示すものには同じ符号を用いる。
【０１１８】
加算器３０１は、光検出器１１０の検出領域２０４と検出領域２０５とで受光された光量に応じて得られる信号ｔ１、ｔ２を受けて、その和信号を出力する。また加算器３０２は、検出領域２０６と検出領域２０７とで受光された光量に応じて得られる信号ｔ３、ｔ４を受けて、その和信号を出力する。
【０１１９】
テストポイントＴｐ３２１では加算器３０１の出力信号を得られ、テストポイントＴｐ３２２では加算器３０２の出力信号が得られる。加算器３０３は、加算器３０１と加算器３０２との出力信号を受けて、その和信号を出力する。この出力信号がＲＦ信号ＲＦｔとなる。
【０１２０】
ジャンパスイッチ３２３は、信号ｔ２を接点ｓ１に、信号ｔ４を接点ｓ２に受け、ジャンパ線の位置により信号ｔ２または信号ｔ４のどちらかを出力する。ジャンパスイッチ３２４は、信号ｔ１を接点ｓ３に、信号ｔ３を接点ｓ４に受け、ジャンパ線の位置により信号ｔ１またはｔ３のどちらかを出力する。ジャンパスイッチ３２３とジャンパスイッチ３２４とのジャンパ線の位置は、光ヘッド装置の組立時に実際に光ディスクを再生し、テストポイントＴｐ３２１とテストポイントＴｐ３２２とで得られる信号を比較して決定される。
【０１２１】
テストポイントＴｐ３２１の信号の低域成分がテストポイントＴｐ３２２の信号の低域成分より大きいとき、ジャンパスイッチ３２３のジャンパ線は接点ｓ２と出力端子が接続するように設置され、ジャンパスイッチ３２４のジャンパ線は接点ｓ４と出力端子が接続するように設置される。また、テストポイントＴｐ３２１の信号の低域成分がテストポイントＴｐ３２２の信号の低域成分より小さいとき、ジャンパスイッチ３２３のジャンパ線は接点ｓ１と出力端子が接続するように設置され、ジャンパスイッチ３２４のジャンパ線は接点ｓ３と出力端子が接続するように設置される。従って、ｔ１及びｔ２の和信号の低域成分とｔ３及びｔ４の和信号の低域成分とを比較し、和が小さい方の信号がジャンパスイッチ３２３及びジャンパスイッチ３２４から出力される。
【０１２２】
位相差信号生成回路３０８は、ジャンパスイッチ３２３とジャンパスイッチ３２４とからの出力信号を受けて、その時間的な位相差を検出し、トラッキング誤差信号ＴＥ０を出力する。欠陥検出回路３１０とサンプル＆ホールド回路３１１との動作は、実施の形態７と同様なので詳しい説明は省略する。
【０１２３】
本実施の形態８を用いた場合、実施の形態７のような比較回路３０４や制御回路３０５が不要となり、回路系を簡略化できる。光ヘッド装置の組立時の設定ずれに応じてジャンパスイッチを設定するので、実施の形態７と同様な効果を得られる。
【０１２４】
また分割線１０９ｂのずれは、光ヘッド装置の組立時に主に発生するものであるから、光ヘッド装置を回路系に接続した際に、光ヘッド装置に固有のずれに応じて回路系の設定を一度行えば、安定なトラッキング誤差信号を得ることができる。これにより回路的な負担を増やすことなく大きな効果が得られる。なお、欠陥検出回路の部分は、実施の形態７と同様なので説明を省略する。
【０１２５】
従って、本実施の形態の光情報処理装置のようにスイッチの代わりにジャンパスイッチを用いても、トラッキング誤差信号で用いる信号のみから欠陥検出を行うことにより、実施の形態７と同様の効果が得られる。
【０１２６】
（実施の形態９）
実施の形態９として、光線分割手段が光線の約半分のみを回折するような構成の光ヘッド装置及び光情報処理装置について述べる。前の実施の形態と同様の働きを示すものには同じ符号を用いる。
【０１２７】
図２１に、実施の形態９の光学系の側面図を示す。主な働きは実施の形態７の図１５と同様なので詳しい説明は省略する。反射光１３１ａはホログラム素子１２５により回折され、光検出器１２６で受光される。
【０１２８】
図２２に、本実施の形態９のホログラム素子１２５のゾーン分割のパターンと、光検出器１２６の検出領域のパターンとを示す。ホログラム素子１２５は、光ディスク１３０のトラックの接線と略垂直な分割線１２５ｂにより、２つの領域１２５ｃと領域１２５ｄとに分けられる。領域１２５ｃには、ホログラムの回折格子が形成されており、ここに照射された反射光１３１ａは回折光１３１ｂと１３１ｃとを生じる。領域１２５ｄには、回折格子が形成されておらず、反射光１３１ａは素通りし、光検出器１２６の検出領域２１５に入射する。領域１２５ｃで回折された−１次の回折光１３１ｂは、フォーカス誤差信号の検出に用いられ、＋１次の回折光１３１ｃは、トラッキング誤差信号の検出に用いられる。
【０１２９】
なお、各ゾーンに付けられた記号は、図２２の光検出器１２６上の回折光の断面の記号に対応する。大文字Ａ〜Ｂのゾーンから生じる−１次回折光１３１ｂは、検出レンズ１０８から見て、光検出器１２６の検出面１２６ａより後側で焦点を結ぶ。一方、小文字ａ〜ｂのゾーンから生じる−１次回折光１３１ｂは、検出レンズ１０８から見て、光検出器１２６の検出面１２６ａより前側で焦点を結ぶ。光ディスク１３０の情報面１３１に、対物レンズ１０４の焦点Ｆ０が合わされるとき、光検出器１２６上の小文字で表した検出スポットと大文字で表した検出スポットとが同じ大きさになるようにホログラム素子１２５は設計されている。
【０１３０】
検出領域２１１，２１２で受光した光の光量に応じて得られる信号を、それぞれ信号ｆ１，ｆ２とする。フォーカス誤差信号ＦＥは、式、
ＦＥ＝ｆ１−ｆ２
の演算から得られる。
【０１３１】
＋１次の回折光１３１ｃは、検出領域２１３，２１４で検出される。光検出器１２６の検出領域２１３，２１４で受光した光の光量に応じて得られる信号を、それぞれ信号ｔ１，ｔ２とする。位相差法のトラッキング誤差信号ＴＥは、信号ｔ１と信号ｔ２との時間的位相を比較することにより得られる。
【０１３２】
情報を再生するためのＲＦ信号は、検出領域２１５で受光した光の光量に応じて得られる信号を信号ｓ０とし、式、
ＲＦ＝ｆ１＋ｆ２＋ｔ１＋ｔ２＋ｓ０
のＲＦで与えられる。
【０１３３】
本実施の形態９では、反射光１３１ａの光軸に平行で、集光光学系としての対物レンズ１０４の中心を通る主光線１３１ｄが、領域１２５ｃに含まれないように設計する。このような設計により、反射光１３１ａの分割線１２５ｂによる分割の面積の小さい側からトラッキング誤差信号を生成することになる。
【０１３４】
こうした場合、領域１２５ｃに受光される光量は、領域１２５ｄに受光される光量に比べて小さくなるので、実施の形態７で用いた図１８に示したように、分割線１２５ｂに対しての反射光１３１ａの位置のずれに対し、トラッキング誤差信号の振幅の変化が小さくなるので、安定したトラッキング制御が実現できる。このため本実施の形態の光情報処理装置では低い誤り率で情報の記録・再生が可能となる。
【０１３５】
また、この設計により位置ずれを許容できるようになるので、ホログラム素子１２５の設定精度や、光学系の調整精度を下げることができ、光ヘッド装置の性能を下げることなく、コストを下げることができる。
【０１３６】
なお、実施の形態９では、光線分割手段としてホログラム素子を用いたが、段差プリズム等の光線分割手段を用いても、同様の効果を得ることができる。
【０１３７】
（実施の形態１０）
実施の形態１０として、フォーカス誤差信号を得る方法として非点収差法、トラッキング誤差信号を得る方法として位相差法を用い、光検出器の検出領域の分割線により光線を分割する光ヘッド装置及び光情報処理装置について述べる。前の実施の形態と同様の働きを示すものには同じ符号を用いる。
【０１３８】
図２３に、本実施の形態１０の光学系の側面図を示す。光源としての半導体レーザ１０１から出た光は平行平板１２７で反射され、コリメータレンズ１０２で平行光になる。この光は、更に集光光学系としての対物レンズ１０４により、情報記憶媒体としての光ディスク１３０の情報層１３１上に集光される。対物レンズ１０４により集光される光の焦点をＦ０とする。アクチュエータ１０７は、対物レンズ１０４と保持手段１０６とを、光ディスク１３０の面振れや偏芯に追従して移動する。
【０１３９】
情報層１３１で回折・反射された反射光１３１ａは、再び対物レンズ１０４を通り平行光となる。この平行光はコリメータレンズ１０２で収束光となり、平行平板１２７を透過する際に非点収差を与えられる。非点収差を与えられた反射光１３１ａは光検出器１２８により電気信号に変換される。
【０１４０】
図２４に、トラッキング誤差信号を得るための回路構成図及び欠陥検出のための回路構成図を示す。光検出器１２８は検出領域２２１〜２２４を持つ。対物レンズ１０４から出力される光の焦点Ｆ０が光ディスク１３０の情報層１３１に合わされたとき、情報層１３１からの反射光１３１ａの光検出器１２８の検出面１２８ａ上での断面が、略円形になるように配置されている。
【０１４１】
対物レンズ１０４と光ディスク１３０との距離が変化すると、非点収差を持った反射光１３１ａの断面は検出面１２８ａの対角方向に伸縮する。従って、光検出器１２８の対角方向に位置する検出領域の和信号どうしの差を取ることにより、フォーカス誤差信号が得られる。
【０１４２】
光検出器の検出領域２２１〜２２４から受光した光量に応じて得られる信号をそれぞれｔ１〜ｔ４とすると、フォーカス誤差信号ＦＥは、式、
ＦＥ＝（ｔ１＋ｔ３）−（ｔ２＋ｔ４）
で与えられる。
【０１４３】
加算器３０１は、光検出器１２８の検出領域２２１と検出領域２２２とで受光された光量に応じて得られる信号ｔ１、ｔ２を受けて、その和信号を出力する。また、加算器３０２は、検出領域２２３と検出領域２２４とで受光された光量に応じて得られる信号ｔ３、ｔ４を受けて、その和信号を出力する。加算器３０３は、加算器３０１と加算器３０２との出力信号を受けて、その和信号を出力する。この出力信号がＲＦ信号ＲＦｔとなる。
【０１４４】
以下回路系の動作は、実施の形態７のとおりなので詳しい説明は省略するが、制御回路３０５とスイッチ３０６とスイッチ３０７とは、ｔ１及びｔ２の和信号の低域成分とｔ３及びｔ４の和信号の低域成分とを比較し、和が小さい方の信号がスイッチ３０６及びスイッチ３０７から出力される様に動作する。
【０１４５】
また光情報処理装置としての構成は図３５に示したとおりであるが、従来例等と同様であるので詳しい説明は省略する。
【０１４６】
このような光学系を用いた場合においても、本実施の形態１０のような構成にすれば、反射光１３１ａと、光検出器１２８のトラックの接線方向に対し略垂直な分割線１２８ｂとの関係がタンゼンシャル方向にずれても、トラッキング誤差信号の振幅の低下量を抑えることができ安定したトラッキング制御を実現できる。
【０１４７】
なお、実施の形態１０では、スイッチを用いて動的に切り替えている回路系を示したが、実施の形態１０の光学系と実施の形態８で示したジャンパスイッチを用いた回路を組み合わせてもよく、その場合簡素な回路系でトラッキング制御の安定化という効果が得られる。
【０１４８】
実施の形態７から１０で述べたように本発明は、トラッキング誤差信号を位相差法で得る方法として、ホログラム等の光線分割手段を用いて分割しても、光検出器上で分割しても同様に効果が得られる。
【０１４９】
（実施の形態１１）
実施の形態１１として、波面変換手段が光線の約半分のみからフォーカス誤差信号を得、残りの半分から位相差法によるトラッキング誤差信号を得、全体からプッシュプル法によるトラッキング誤差信号を得るような構成の光ヘッド装置及び光情報処理装置について述べる。前の実施の形態と同様の働きを示すものには同じ符号を用いる。また、波面変換手段としてホログラム素子１２９を用いる。
【０１５０】
図２５に、実施の形態１１の光学系の側面図を示す。主な働きは実施の形態７の図１５と同様なので詳しい説明は省略する。反射光１３１ａはホログラム素子１２９により回折され、光検出器１４０で受光される。
【０１５１】
図２６に、本実施の形態１１のホログラム素子１２９のゾーン分割のパターンと、光検出器１４０の検出領域のパターンとを示す。ホログラム素子１２９は、光ディスク１３０のトラックの接線と略垂直な分割線１２９ｂと略平行な分割線１２９ｃにより、４つの領域１２９ｄ〜ｇに分けられる。領域１２９ｄ〜ｇには、ホログラムの回折格子が形成されており、ここに照射された反射光１３１ａは回折光１３１ｂと１３１ｃとを生じる。領域１２９ｄと領域１２９ｅで回折された−１次の回折光１３１ｂは、検出領域２３２〜２３９で検出され、フォーカス誤差信号の検出に用いられる。また、領域１２９ｆ，領域１２９ｇで回折された−１次の回折光１３１ｂは、検出領域２３１，２４０で検出され、位相差トラッキング信号を得るのに用いられる。一方＋１次の回折光１３１ｃは、検出領域２４１〜２４７で検出されプッシュプル法のトラッキング誤差信号の検出に用いられる。
【０１５２】
なお、各ゾーンに付けられた記号は、図２６の光検出器１４０上の回折光の断面の記号に対応する。大文字Ａ，Ｂのゾーンから生じる−１次回折光１３１ｂは、検出レンズ１０８から見て、光検出器１４０の検出面１４０ａより後側で焦点を結ぶ。一方、小文字ａ，ｂのゾーンから生じる−１次回折光１３１ｂは、検出レンズ１０８から見て、光検出器１２６の検出面１１０ａより前側で焦点を結ぶ。光ディスク１０５の情報面１１１に、対物レンズ１０４の焦点Ｆ０が合わされるとき、光検出器１４０上の小文字で表した検出スポットと大文字で表した検出スポットとが同じ大きさになるようにホログラム素子１０９は設計されている。
【０１５３】
検出領域２３１〜２４０で受光した光の光量に応じて得られる信号を、それぞれ信号ｆ１〜ｆ１０とする。フォーカス誤差信号ＦＥは、式、
ＦＥ＝（ｆ２＋ｆ４＋ｆ６＋ｆ８）−（ｆ３＋ｆ５＋ｆ７＋ｆ９）
の演算から得られる。
【０１５４】
位相差法のトラッキング誤差信号ＴＥ１は、信号ｆ１と信号ｆ１０との時間的位相を比較することにより得られる。
【０１５５】
＋１次の回折光１３１ｃは、検出領域２４１〜２４７で検出される。光検出器１４０の検出領域２４１〜２４７で受光した光の光量に応じて得られる信号を、それぞれ信号ｔ１〜ｔ７とする。プッシュプル法のトラッキング誤差信号ＴＥ２は、式、
ＴＥ２＝（ｔ１＋ｔ２＋ｔ４＋ｔ６）−（ｔ３＋ｔ５＋ｔ７）
の演算から得られる。
【０１５６】
情報を再生するためのＲＦ信号は、式、
ＲＦ１＝ｆ１＋ｆ２＋ｆ３＋ｆ４＋ｆ５＋ｆ６＋ｆ７＋ｆ８＋ｆ９＋ｆ１０
ＲＦ２＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５＋ｔ６＋ｔ７
として、ＲＦ１またはＲＦ２、またはＲＦ１＋ＲＦ２で与えられる。
【０１５７】
また光情報処理装置としての構成は図３５に示したとおりであるが、従来例等と基本的には同じなので、詳細な説明は省略する。
【０１５８】
図２７に従来例での検出領域２３２〜２３９上での光ビームの検出面１４０ａ上での断面を示す。ホログラム素子１２９で回折されなかった０次光１３１ａの収束点が検出領域２３５と２３６の分割線２５１上にあるとする。この分割線２５１からＴ方向に離れた位置に飛ばされた光ビームは、図２７に示したように、光ビームの断面形状が回転する。本実施の形態１１では、図２８に示すように、検出面１０４ａ上で光ビームの断面形状がトラックの垂直方向には収束するような形とする。各光ビームのトラック垂直方向の幅ｗは検出用の集光系の開口数と波長で決まる。図２８に示すような、光ビームの断面形状を生成させるために、本実施の形態１１では図２９に示すように、ホログラム素子１２９のＡ、ａ、Ｂ、ｂと表示された各ホログラム要素の、文字の大きさも考慮された、同じアルファベット文字のホログラム要素同士の回折格子の格子間隔を、分割線１２９ｂからの等距離の位置において、トラックとは実質上垂直な方向（Ｒ方向）に、分割線１２９ｃからの距離に応じて変化させる。例えば、ホログラム素子１２９の領域１２９ｄのうち、分割線１２９ｂからの所定の等距離の位置において、Ａでマークされたホログラム要素の分割線１２９ｃに近い所の格子間隔ｐ１、分割線１２９ｃから離れた位置の格子間隔ｐ２とする。ホログラム要素Ａは検出面より後ろ側で焦点を結ぶので、ｐ２＞ｐ１とすることにより検出面上での光ビームの断面のトラック方向の幅を小さくすることができる。また、同じホログラム要素内では、分割線１２９ｂから遠くなるにしたがって、格子間隔が小さくなるようにする。図２９では詳細に示さないが他のａ，Ｂ，ｂの領域も同様に回折格子の格子間隔を変化させる。
【０１５９】
このような光ビームの断面形状とすることにより、光ディスクの偏芯等でトラック垂直方向に対物レンズが移動して、分割線と光ビームの関係が変化してもフォーカスのオフセットが生じない。従来例でｐ１＝ｐ２とした場合には、４００μｍの対物レンズの移動で約０．５μｍのオフセットが生じるが、本実施の形態１１の図２８に示したような光ビームの断面形状にすると、４００μｍの対物レンズの移動があってもフォーカスのオフセットは０．１μｍ以下に抑えられる。
【０１６０】
また、本実施の形態１１では、ａとＡ、ｂとＢを図２８に示すように分割線２５１に対して線対称に配置する。その配置は、光ヘッド装置設計のさいに行うものとする。さて、分割線２５１とは、ホログラム素子１２９で回折されなかった０次光１３１ａの収束点を含む、トラックに対して実質上垂直な直線である。このように配置することにより、光源の波長ずれや、ホログラム面と光検出器の検出面の距離が変化して、光ビームどうしの間隔がＴ方向に変化しても、光ディスク上のスポットがトラック横断時にフォーカス誤差信号に生じるゆらぎが小さくなる。
【０１６１】
図３０に、ずれがない時の前側焦点と後ろ側焦点の光ビームの断面と分割線２５１〜２５３の位置との関係を示す。分割線２５１〜２５３の実際の位置は図２８に示した通りである。図３０は光ビームと分割線の関係を保ったまま、ホログラム面１２９ａ上に分割線を投影した図である。これに対し、波長が長くなる、または、ホログラム面と光検出器の検出面との距離が長くなったとき、検出面上の光ビームどうしの間隔が離れる。このとき図３１に示したように、分割線２５１，２５２、２５３はいずれも扇形の要から離れた方向に移動する。この移動は前焦点側と後ろ焦点側で同方向に同量だけ生じる。従って前側焦点と後ろ側焦点の釣り合いは保たれたままなので、フォーカスにオフセットを生じることはない。また光ディスク上のスポットがトラックを横断するときにフォーカス誤差信号に生じるゆらぎも小さい。
【０１６２】
光源の波長を６５０ｎｍ、ホログラム素子のピッチを２μｍ、ホログラム面から検出面までの距離を１．６ｍｍとする。従来例として分割線２５１に対して線対称の配置にしない場合、２０ｎｍの波長変動に対してフォーカス誤差信号に生じるゆらぎはフォーカスＳ字振幅の９％程度となる。これに対し、本実施の形態１１の図２８に示したような配置にすると２０ｎｍの波長変動に対してゆらぎはフォーカスＳ字振幅の１％以下に抑えられる。
【０１６３】
このように、波長ずれや高さずれに対してもフォーカス誤差信号の変化が小さくなるため安定なフォーカス制御が可能となり、本実施の形態の光情報処理装置は誤り率の低い情報の再生が可能となる。
【０１６４】
なお、この詳細な説明の中で、記録・再生という表現は、記録および／もしくは再生という意味であって、記録のみの場合も再生のみの場合も本発明の効果は限定されるものではない。
【０１６５】
以上説明したところから明らかなように、本発明は、多層情報記憶媒体に対してホログラム素子等を用い、所定の情報層以外の情報層から反射した光の影響を抑え、安定にフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号が得られる光ヘッド装置及び光情報処理装置を提供することができる。
【０１６６】
また、本発明は、ホログラム素子等を用いてトラッキング誤差信号を位相差法により得る場合、光線の分割位置がずれても、トラッキング誤差信号の劣化を抑え、安定なトラッキング誤差信号を得られる光ヘッド装置及び安定なトラッキング制御が可能な光情報処理装置を提供することができる。
【０１６７】
また、本発明は、トラッキング誤差信号を位相差法により得る場合、光線の分割位置がずれても、トラッキング誤差信号の劣化を抑え、安定にトラッキング誤差信号を得られる光ヘッド装置及び安定なトラッキング制御が可能な光情報処理装置を提供することができる。
【０１６８】
さらに、本発明は、ホログラム素子等を用いてフォーカス誤差信号を得る際、トラックの偏芯に追従して対物レンズが移動したり、ディスク上のスポットがトラックを横断して移動する際にも、安定なフォーカス誤差信号が得られる光ヘッド装置及び安定なフォーカス制御が可能な光情報処理装置を提供することができる。
【０１６９】
上述のように、第１の発明は、光を発する光源と、前記光源から出射された光を多層情報記憶媒体に集光する前段集光光学系と、前記多層情報記憶媒体の層で反射した光を再度集光する後段集光光学系と、前記再度集光された光を受けてフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を検出可能にする波面を形成する波面変換手段と、前記波面変換手段からの光を受光して、受光した光量に応じた信号を出力する光検出器とを備えたことを特徴とする光ヘッド装置である。
【０１７０】
第２の発明は、前記多層情報記憶媒体の所定の層以外の情報層で反射された光は、前記波面変換手段上で焦点を結ばないことを特徴とする第１の発明の光ヘッド装置である。
【０１７１】
第３の発明は、前記多層情報記憶媒体の層のうちで最もはなれた２つの情報層の光学的な距離をｔmax、前記多層情報記憶媒体から前記光検出器に至る光学系の縦倍率をβ、前記光源から発した光の焦点を前記前段集光光学系により前記多層情報記憶媒体の所定の情報層に合わせたとき、前記所定の情報層で反射した光が再び前記後段集光光学系により集光される点を点Ｋ、前記波面変換手段と前記点Ｋとの光学的な距離をｈとしたとき、前記ｈが前記ｔmaxと前記βの積の２倍より大きいことを特徴とする第１の発明の光ヘッド装置である。
【０１７２】
第４の発明は、前記多層情報記憶媒体の層のうちで隣接する２つの情報層の光学的な距離の最小値をｔmin、前記多層情報記憶媒体から前記光検出器に至る光学系の縦倍率をβ、前記光源から発した光の焦点を前記前段集光光学系により前記多層情報記憶媒体の所定の情報層に合わせたとき、前記所定の情報層で反射した光が再び前記後段集光光学系により集光される点を点Ｋ、前記波面変換手段と前記点Ｋとの光学的な距離をｈとしたとき、前記ｈが前記ｔminと前記βの積の２倍より小さいことを特徴とする第１の発明の光ヘッド装置である。
【０１７３】
第５の発明は、前記光源から前記波面変換手段に至る光路中に前記多層情報記憶媒体で反射した光を受けて特定の方向の倍率を変化させる倍率変換手段を備え、前記多層情報記憶媒体の層のうちで最もはなれた２つの情報層の光学的な距離をｔmax、前記多層情報記憶媒体から前記光検出器に至る光学系の、方向によって異なる縦倍率のうち最大の縦倍率をβ１、前記光源から発した光の焦点を前記前段集光光学系により前記多層情報記憶媒体の所定の情報層に合わせたとき、前記所定の情報層で反射した光が再び前記後段集光光学系により集光される点を点Ｋ、前記波面変換手段と前記点Ｋとの光学的な距離をｈとしたとき、前記ｈが前記ｔmaxと前記β１の積の２倍より大きいことを特徴とする第１の発明の光ヘッド装置である。
【０１７４】
第６の発明は、前記ｈが４．３ｍｍ以上であることを特徴とする第３または第５の発明の光ヘッド装置である。
【０１７５】
第７の発明は、前記ｈが２．１ｍｍ以下であることを特徴とする第４の発明の光ヘッド装置である。
【０１７６】
第８の発明は、前記後段集光光学系の最も高い縦倍率の方向と垂直な方向をＸ軸方向とした場合、前記波面変換手段の分割線は、前記Ｘ軸方向の任意な一直線に並ばないことを特徴とする第１の発明の光ヘッド装置である。
【０１７７】
第９の発明は、前記分割線は、方形波状であることを特徴とする第８の発明の光ヘッド装置である。
【０１７８】
第１０の発明は、前記分割線は、前記Ｘ軸方向と５度以上の角度を持って交わることを特徴とする第８の発明の光ヘッド装置である。
【０１７９】
第１１の発明は、前記光源から前記波面変換手段に至る光路中に前記多層情報記憶媒体で反射した光を受けて特定の方向の倍率を変化させる倍率変換手段を備えたことを特徴とする第８から第１０のいずれかの発明の光ヘッド装置である。
【０１８０】
第１２の発明は、波面変換手段は、ホログラム素子であることを特徴とする第１から第１１のいずれかの発明の光ヘッド装置である。
【０１８１】
第１３の発明は、波面変換手段は、段差プリズムであることを特徴とする第１から第１１のいずれかの発明の光ヘッド装置である。
【０１８２】
第１４の発明は、前記波面変換手段はホログラム素子からなり、前記光源から発した光の焦点を前記前段集光光学系により前記多層情報記憶媒体の所定の情報層に合わせたとき、前記所定の情報層以外の情報層で反射され、再び前記後段集光光学系により集光される光の前記ホログラム素子上での大きさは、前記ホログラム素子の格子周期よりも大きいことを特徴とする第１の発明の光ヘッド装置である。
【０１８３】
第１５の発明は、光を発する光源と、トラックを有する情報記憶媒体に前記光源から出射された光を集光する集光光学系と、前記情報記憶媒体で反射した光を分割する光線分割手段と、前記トラックに対して実質上垂直な第１の分割線と、前記トラックに対して実質上平行な第２の分割線とを有し、前記第１の分割線と前記第２の分割線とによって分割された第１、第２、第３および第４の領域を有し、前記情報記憶媒体で反射した光を受光して、受光した光量に応じた信号を４つ出力する光検出器と、前記光検出器からの一部の信号と残部の信号とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記光検出器からの４つの信号のうちの２つの信号を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された信号を利用してトラッキング誤差信号を出力するトラッキング誤差信号出力手段とを備え、前記比較手段は、前記光検出器における、前記第１の分割線により分割された二つの領域の一方を前記第１、第２の領域とし、他方を前記第３、第４の領域とした場合、前記第１および前記第２の領域からの信号の和の大きさと、前記第３および前記第４の領域からの信号の和の大きさとを比較し、前記選択手段は、前記比較手段によって比較された、和の大きさの小さい方の２つの領域からの２つの信号を選択し、前記トラッキング誤差信号出力手段は、前記選択手段によって選択された２つの信号の時間的位相を比較して前記トラッキング誤差信号を出力することを特徴とする光ヘッド装置である。
【０１８４】
第１６の発明は、光を発する光源と、トラックを有する情報記憶媒体に前記光源から出射された光を集光する集光光学系と、前記情報記憶媒体で反射した光を分割する光線分割手段と、前記トラックに対して実質上垂直な第１の分割線と、前記トラックに対して実質上平行な第２の分割線とを有し、前記第１の分割線と前記第２の分割線とによって分割された第１、第２、第３および第４の領域を有し、前記情報記憶媒体で反射した光を受光して、受光した光量に応じた信号を４つ出力する光検出器と、前記光検出器からの４つの信号のうちの２つの信号を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された信号を利用してトラッキング誤差信号を出力するトラッキング誤差信号出力手段とを備え、前記光検出器における、前記第１の分割線により分割された二つの領域の一方を前記第１、第２の領域とし、他方を前記第３、第４の領域として、前記第１および前記第２の領域からの信号の和の大きさと、前記第３および前記第４の領域からの信号の和の大きさとを比較した場合、前記選択手段は、前記和の大きさの小さい方の２つの領域からの２つの信号を選択し、前記トラッキング誤差信号出力手段は、前記選択手段によって選択された２つの信号の時間的位相を比較して前記トラッキング誤差信号を出力することを特徴とする光ヘッド装置である。
【０１８５】
第１７の発明は、前記選択手段によって選択された２つの信号の和が所定の値以下になったときに欠陥検出信号を出力する欠陥検出信号出力手段を備えたことを特徴とする第１５または第１６の発明の光ヘッド装置である。
【０１８６】
第１８の発明は、前記選択手段によって選択された２つの信号の和のなかの、前記情報記憶媒体に記録されている信号の周波数帯域より低い成分の信号の値が所定の値以下になったときに欠陥検出信号を出力する欠陥検出信号出力手段を備えたことを特徴とする第１５または第１６の発明の光ヘッド装置である。
【０１８７】
第１９の発明は、前記欠陥検出信号を受けてトラッキング制御をホールドするトラッキング制御ホールド手段を備えたことを特徴とする請求項１７または１８記載の光ヘッド装置である。
【０１８８】
第２０の発明は、前記欠陥検出信号を受けてフォーカス制御をホールドするフォーカス制御ホールド手段を備えたことを特徴とする請求項１７または１８記載の光ヘッド装置である。
【０１８９】
第２１の発明は、光を発する光源と、トラックを有する情報記憶媒体に前記光源から出射された光を集光する集光光学系と、前記情報記憶媒体で反射した光を分割する光線分割手段と、前記光線分割手段により分割された光を受光して、受光した光量に応じた信号を出力する光検出器と、前記光検出器からの信号を利用してトラッキング誤差信号を出力するトラッキング誤差信号出力手段とを備え、前記光線分割手段は、前記トラックに対して実質上平行な分割線を有し、前記光線分割手段における、前記分割線により分割される二つの領域の一方を第１部とし、他方を第２部とし、前記光検出器は、前記第１部からの光を受光する第１領域と、前記第２部からの光を受光する第２領域とを有し、前記トラッキング誤差信号出力手段は、前記第１領域および前記第２領域からの信号の時間的位相を比較して前記トラッキング誤差信号を出力することを特徴とする光ヘッド装置である。
【０１９０】
第２２の発明は、前記光源からの光が前記トラックに正しく集光された場合、前記光線分割手段で受光される光線の中心は、前記第１部および前記第２部から外れることを特徴とする請求項２１記載の光ヘッド装置である。
【０１９１】
第２３の発明は、前記光線分割手段は、ホログラム素子であることを特徴とする請求項２１または２２記載の光ヘッド装置である。
【０１９２】
第２４の発明は、前記光線分割手段は、段差プリズムであることを特徴とする第２１または第２２の発明の光ヘッド装置である。
【０１９３】
第２５の発明は、前記第１領域および前記第２領域からの２つの信号の和が所定の値以下になったときに欠陥検出信号を出力する欠陥検出信号出力手段を備えたことを特徴とする第２１から第２４のいずれかの発明の光ヘッド装置である。
【０１９４】
第２６の発明は、前記第１領域および前記第２領域からの２つの信号の和のなかの、前記情報記憶媒体に記録されている信号の周波数帯域より低い成分の信号の値が所定の値以下になったときに欠陥検出信号を出力する欠陥検出信号出力手段を備えたことを特徴とする第２１から第２４のいずれかの発明の光ヘッド装置である。
【０１９５】
第２７の発明は、前記欠陥検出信号を受けてトラッキング制御をホールドするトラッキング制御ホールド手段を備えたことを特徴とする第２５または第２６の発明の光ヘッド装置である。
【０１９６】
第２８の発明は、前記欠陥検出信号を受けてフォーカス制御をホールドするフォーカス制御ホールド手段を備えたことを特徴とする第２５または第２６の発明の光ヘッド装置である。
【０１９７】
第２９の発明は、光を発する光源と、前記光源から出射された光をトラックを有する情報記憶媒体上に集光する集光光学系と、前記情報記憶媒体で反射した光を受けてフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を検出可能にする波面を形成する波面変換手段と、前記波面変換手段からの光を受光して、受光した光量に応じた信号を出力する光検出器とを備え、前記波面変換手段は、前記光検出器の光検出面において、フォーカス誤差信号検出に用いる光ビームの断面形状を前記トラックの方向と実質上垂直な方向に収束するものであることを特徴とする光ヘッド装置である。
【０１９８】
第３０の発明は、前記波面変換手段はホログラム素子であり、そのホログラム素子はホログラム要素を複数個有し、各ホログラム要素の格子間隔はそのホログラム要素内の所定の場所からの距離に応じて順次変化していることを特徴とする第２９の発明の光ヘッド装置である。
【０１９９】
第３１の発明は、前記波面変換手段はホログラム素子であり、そのホログラム素子はホログラム要素を複数個有し、対応するホログラム要素同士の、前記トラックの方向において対応するそれぞれの位置の格子間隔同士は異なることを特徴とする第２９の発明の光ヘッド装置である。
【０２００】
第３２の発明は、前記格子間隔は、前記一つのホログラム素子内において、前記トラックに対して実質上垂直な方向に順次変化していることを特徴とする第３１の発明の光ヘッド装置である。
【０２０１】
第３３の発明は、光を発する光源と、前記光源から出射された光をトラックを有する情報記憶媒体上に集光する集光光学系と、前記情報記憶媒体で反射した光を受けてフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号を検出可能にする波面を形成する波面変換手段と、前記波面変換手段からの光を受光して、受光した光量に応じた信号を出力する光検出器とを備え、前記波面変換手段は、隣接する第１領域と第２領域とを有し、前記第１領域は前記光検出器の前面で収束する第１波面を生成し、前記第２領域は前記光検出器の後面で収束する第２波面を生成し、前記第１領域および前記第２領域によって生成された２つの光ビームの断面形状は、前記光検出器の光検出面において、０次光の収束点を含む、前記トラックに対して実質上垂直な直線に関して線対称の関係にあることを特徴とする光ヘッド装置である。
【０２０２】
第３４の発明は、前記フォーカス誤差信号は、前記波面変換手段の、トラック接線方向と実質上垂直な分割線によって分割されたうちの一方に属する前記第１領域および第２領域から得られることを特徴とする第３３の発明の光ヘッド装置である。
【０２０３】
第３５の発明は、第１から第３４のいずれかの発明の光ヘッド装置からの信号を受けてトラッキングおよび／またはフォーカス制御を行う制御回路を備えたことを特徴とする光情報処理装置である。
【産業上の利用可能性】
【０２０４】
本発明に係る光ヘッド装置及び光情報処理装置は、多層情報記憶媒体に対してホログラム素子等を用い、所定の情報層以外の情報層から反射した光の影響を抑え、安定にフォーカスおよび／またはトラッキング誤差信号が得られる光ヘッド装置及び光情報処理装置を提供することができ、光ディスクあるいは光カードなど、情報記憶媒体上に情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置及び光情報処理装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２０５】
【図１】本発明の実施の形態１による光ヘッド装置で２層ディスクを記録・再生する際の光学系を示す側面図
【図２】本発明の実施の形態１による光ヘッド装置の光検出器付近の光学系を示す側面図
【図３】従来例、および本発明の実施の形態６による光ヘッド装置で２層ディスクを記録・再生する際の対物レンズ付近と光検出器付近の光学系を示す側面図
【図４】本発明の実施の形態１による光ヘッド装置のホログラム素子のゾーン分割のパターンと分割線付近の拡大図
【図５】本発明の実施の形態１による光ヘッド装置で段差プリズムを用いた光学系を示す側面図
【図６】本発明の実施の形態２による光ヘッド装置の光学系を示す側面図
【図７】本発明の実施の形態３による光ヘッド装置で３層ディスクを記録・再生する際の光学系を示す側面図
【図８】本発明の実施の形態４による光ヘッド装置の光学系を示す側面図
【図９】本発明の実施の形態４による光ヘッド装置で対物レンズの焦点に情報層がある時の、その情報層からの反射光のホログラム素子上での断面形状を示す正面図
【図１０】本発明の実施の形態４による光ヘッド装置で情報層からの反射光のＹ方向の焦点付近にホログラム素子があるときの、反射光のホログラム素子上での断面形状を示す正面図
【図１１】本発明の実施の形態５による光ヘッド装置で情報層からの反射光のＹ軸方向の焦点付近にホログラム素子があるときの、反射光のホログラム素子上での断面形状と実施の形態５のホログラム素子を示す図
【図１２】本発明の実施の形態５による光ヘッド装置で情報層からの反射光のＹ軸方向の焦点付近にホログラム素子があるときの、反射光のホログラム素子上での断面形状と実施の形態５のホログラム素子の別の例を示す図
【図１３】本発明の実施の形態５による光ヘッド装置で情報層からの反射光のＹ軸方向の焦点付近にホログラム素子があるときの、反射光のホログラム素子上での断面形状と実施の形態５のホログラム素子の更に別の例を示す図
【図１４】本発明の実施の形態６による光ヘッド装置で、情報層からの反射光の焦点付近にホログラム素子がある時のホログラム素子の回折格子と反射光の断面の大きさの関係を示す斜視図
【図１５】本発明の実施の形態７及び８の光ヘッド装置の光学系の要部を示す構成図
【図１６】本発明の実施の形態７及び８の光ヘッド装置のホログラム素子のゾーン分割と光検出器上の回折光の断面の関係を示す図
【図１７】本発明の実施の形態７の光ヘッド装置のトラッキング誤差信号及び欠陥検出系の回路構成図
【図１８】本発明の実施の形態７と従来例で分割線位置のずれに対するトラッキング誤差信号の振幅の変化を比較した図
【図１９】本発明の実施の形態７の光ヘッド装置の別の例の光学系の要部を示す構成図
【図２０】本発明の実施の形態８の光ヘッド装置のトラッキング誤差信号及び欠陥検出系の回路構成図
【図２１】本発明の実施の形態９の光ヘッド装置の光学系の要部を示す構成図
【図２２】本発明の実施の形態９の光ヘッド装置のホログラム素子のゾーン分割と光検出器上の回折光の断面の関係を示す正面図
【図２３】本発明の実施の形態１０による光ヘッド装置の光学系の要部を示す構成図
【図２４】本発明の実施の形態１０による光ヘッド装置のトラッキング誤差信号及び欠陥検出系の回路構成図
【図２５】本発明の実施の形態１１による光ヘッド装置の光学系の要部を示す構成図
【図２６】本発明の実施の形態１１による光ヘッド装置のホログラム素子のゾーン分割と光検出器上の回折光の断面の関係を示す概略図
【図２７】従来例による光ヘッド装置の光検出器上の回折光の断面と光検出器の関係を示す図
【図２８】本発明の実施の形態１１による光ヘッド装置の光検出器上の回折光の断面と光検出器の関係を示す概略図
【図２９】本発明の実施の形態１１による光ヘッド装置のホログラム素子のゾーン分割と格子間隔の概略を示す概略図
【図３０】本発明の実施の形態１１による光ヘッド装置のずれがないときの光検出器上のスポットと分割線の関係からホログラム素子上に光検出器の分割線の位置を示す図
【図３１】本発明の実施の形態１１による光ヘッド装置の波長ずれ等があるときの光検出器上のスポットと分割線の関係からホログラム素子上に光検出器の分割線の位置を示す図
【図３２】従来例の光ヘッド装置の光学系を示す側面図
【図３３】従来例の光ヘッド装置のホログラム素子のゾーン分割と光検出器上の回折光の断面の関係を示す正面図
【図３４】従来例の光ヘッド装置のトラッキング誤差信号及び欠陥検出系の回路構成図
【図３５】本発明の実施の形態および従来例の光ディスクドライブの構成図
【符号の説明】
【０２０６】
１０１  半導体レーザ
１０２  コリメータレンズ
１０３  ビームスプリッタ
１０４  対物レンズ
１０５  光ディスク
１０６  保持手段
１０７  アクチュエータ
１０８  検出レンズ
１０９  ホログラム素子
１０９ａ  ホログラム面
１１０  光検出器
１１０ａ  検出面
１１１  第１の情報層
１１２  第２の情報層
１１１ａ  反射光
１１２ａ  反射光
１１３  光ディスク
１１４  第１の情報層
１１５  第２の情報層
１１６  第３の情報層
１１４ａ  反射光
１１５ａ  反射光
１１６ａ  反射光
１２０  段差プリズム
１２１  ビーム整形プリズム
１２２  ホログラム素子
１２２ｂ  分割線
１２３  ホログラム素子
１２３ｂ  分割線
１２４  ホログラム素子
１２４ｂ  分割線
１２５  ホログラム素子
１２６  光検出器
１２７  平行平板
１２８  光検出器
１２９  ホログラム素子
１３０  光ディスク
１３１  情報層、情報面
１３１  反射光
１３１ａ  反射光
１３１ｂ  −１次の回折光
１３１ｃ  ＋１次の回折光
１４０  光検出器
３０１  加算器
３０２  加算器
３０３  加算器
３０４  比較回路
３０５  制御回路
３０６  スイッチ
３０７  スイッチ
３０８  位相差信号生成回路
３０９  加算器
３１０  欠陥検出回路
３１１  サンプル＆ホールド回路
３２１  テストポイントＴｐ
３２２  テストポイントＴｐ
３２３  ジャンパスイッチ
３２４  ジャンパスイッチ
４０１  加算器
４０２  加算器
４０３  加算器
５０１  モータ
５０２  光ヘッド装置
５０３  ヘッド移送装置
５０４  制御回路
５０５  データ生成回路
【図１】
2006236578.tif 000003
【図２】
2006236578.tif 000004
【図３】
2006236578.tif 000005
【図４】
2006236578.tif 000006
【図５】
2006236578.tif 000007
【図６】
2006236578.tif 000008
【図７】
2006236578.tif 000009
【図８】
2006236578.tif 000010
【図９】
2006236578.tif 000011
【図１０】
2006236578.tif 000012
【図１１】
2006236578.tif 000013
【図１２】
2006236578.tif 000014
【図１３】
2006236578.tif 000015
【図１４】
2006236578.tif 000016
【図１５】
2006236578.tif 000017
【図１６】
2006236578.tif 000018
【図１７】
2006236578.tif 000019
【図１８】
2006236578.tif 000020
【図１９】
2006236578.tif 000021
【図２０】
2006236578.tif 000022
【図２１】
2006236578.tif 000023
【図２２】
2006236578.tif 000024
【図２３】
2006236578.tif 000025
【図２４】
2006236578.tif 000026
【図２５】
2006236578.tif 000027
【図２６】
2006236578.tif 000028
【図２７】
2006236578.tif 000029
【図２８】
2006236578.tif 000030
【図２９】
2006236578.tif 000031
【図３０】
2006236578.tif 000032
【図３１】
2006236578.tif 000033
【図３２】
2006236578.tif 000034
【図３３】
2006236578.tif 000035
【図３４】
2006236578.tif 000036
【図３５】
2006236578.tif 000037