(57)【要約】【課題】  溝のピッチが異なる二種類の光記録媒体の両方に対し、良好なトラック誤差信号及びレンズ位置信号が得られる光ヘッド装置を提供する。【解決手段】  光源からの出射光を回折光学素子３ａにより、透過光であるメインビーム、±１次回折光である第一のサブビーム、±２次回折光である第二のサブビームに分割する。領域１３ａ，１３ｃからの±１次回折光と領域１３ｂ，１３ｄからの±１次回折光は位相が互いに１８０°ずれており、領域１３ａ，１３ｄからの±２次回折光と領域１３ｂ，１３ｃからの±２次回折光は位相が互いに１８０°ずれている。溝のピッチが狭い光記録媒体に対しては、メインビームによるプッシュプル信号と第一のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、溝のピッチが広い光記録媒体に対しては、メインビームによるプッシュプル信号と第二のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とする。【選択図】  図２
2007063713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源からの出射光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられた回折光学素子と、前記光記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを備えるとともに、前記光記録媒体として、トラックを構成する第一のピッチの溝を有する第一の光記録媒体と、トラックを構成する第二のピッチの溝を有する第二の光記録媒体とを使用する光ヘッド装置において、
前記回折光学素子は、前記対物レンズによって前記光記録媒体の同一のトラック上に集光されるとともに位相分布が相互に異なるメインビーム、第一のサブビーム群及び第二のサブビーム群を、前記光源からの出射光から生成する機能を有し、
前記光検出器の受光部は、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を、前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出するために受光する第一の受光部群と、前記光記録媒体で反射された前記第一のサブビーム群の反射光を、前記第一の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出するために受光する第二の受光部群と、前記光記録媒体で反射された前記第二のサブビーム群の反射光を、前記第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出するために受光する第三の受光部群とを有する、
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に形成されるとともに、前記トラックの接線方向に対応する方向に平行な直線によって複数の領域に分割された回折格子を有し、
前記メインビームは前記回折格子を透過した０次光であり、前記第一のサブビーム群は前記回折格子で回折された回折角の絶対値が第一の値である第一の回折光群であり、前記第二のサブビーム群は前記回折格子で回折された回折角の絶対値が第二の値である第二の回折光群であり、
前記複数の領域のうち少なくとも一つの領域と別の少なくとも一つの領域とは、それぞれの領域からの前記第一の回折光群の位相を互いに１８０°ずらす機能を有し、
前記複数の領域のうち少なくとも一つの領域と別の少なくとも一つの領域とは、それぞれの領域からの前記第二の回折光群の位相を互いに１８０°ずらす機能を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
光源と、この光源からの出射光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられた回折光学素子と、前記光記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを備えるとともに、前記光記録媒体として、トラックを構成する第一のピッチの溝を有する第一の光記録媒体と、トラックを構成する第二のピッチの溝を有する第二の光記録媒体とを使用する光ヘッド装置において、
前記回折光学素子は、前記対物レンズによって前記光記録媒体の同一のトラック上に集光されるとともに位相分布が相互に異なるメインビーム及びサブビーム群を、前記光源からの出射光から生成する機能を有し、
前記光検出器の受光部は、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を、前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出するために受光する第一の受光部群と、前記光記録媒体で反射された前記サブビーム群の反射光を、前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出するために受光する第二の受光部群とを有し、
前記回折光学素子と協働して前記サブビーム群の位相分布を第一の位相分布と第二の位相分布とのいずれかに変化させる位相分布変化手段を更に備えた、
ことを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項４】
前記回折光学素子は、入射光の光軸に垂直な第一の面に形成されるとともに、前記トラックの接線方向に対応する方向に平行な直線によって複数の領域に分割された第一の回折格子と、入射光の光軸に垂直で前記第一の面に対して光軸方向の位置が異なる第二の面に形成されるとともに、前記トラックの接線方向に対応する方向に平行な直線によって複数の領域に分割された第二の回折格子とを有し、
前記メインビームは前記第一及び第二の回折格子を透過した０次光であり、前記サブビーム群は前記第一又は第二の回折格子で回折された回折光群であり、前記第一の回折格子で回折された前記回折光群は前記第一の位相分布を有し、前記第二の回折格子で回折された前記回折光群は前記第二の位相分布を有し、
前記第一の回折格子における前記複数の領域のうち少なくとも一つの領域と別の少なくとも一つの領域とは、それぞれの領域からの前記回折光群の位相を互いに１８０°ずらす機能を有し、
前記第二の回折格子における前記複数の領域のうち少なくとも一つの領域と別の少なくとも一つの領域とは、それぞれの領域からの前記回折光群の位相を互いに１８０°ずらす機能を有する、
ことを特徴とする請求項３記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記位相分布変化手段は、前記光源と前記回折光学素子との間に設けられるとともに、入射光の偏光方向を９０°変化させるか否かのいずれかの働きをする可変波長板であり、
前記回折光学素子は、前記位相分布変化手段を介した入射光の偏光方向に応じて、前記第一及び第二の位相分布のいずれかの前記サブビーム群を生成する機能を有する、
ことを特徴とする請求項３又は４記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
請求項１又は２記載の光ヘッド装置と、
前記第一の受光部群の出力信号に基づき前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出する第一の演算手段と、
前記第二の受光部群の出力信号に基づき前記第一の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出する第二の演算手段と、
前記第三の受光部群の出力信号に基づき前記第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出する第三の演算手段と、
前記光記録媒体が前記第一の光記録媒体である場合に、前記第一の受光部群の出力信号から検出されるプッシュプル信号と前記第二の受光部群の出力信号から検出されるプッシュプル信号との差からトラック誤差信号を検出し、前記光記録媒体が前記第二の光記録媒体である場合に、前記第一の受光部群の出力信号から検出されるプッシュプル信号と前記第三の受光部群の出力信号から検出されるプッシュプル信号との差からトラック誤差信号を検出する第四の演算手段と、
を備えたことを特徴とする光学式情報記録再生装置。
【請求項７】
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の光ヘッド装置と、
前記第一の受光部群の出力信号に基づき前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出する第一の演算手段と、
前記第二の受光部群の出力信号に基づき前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出する第二の演算手段と、
前記光記録媒体が前記第一の光記録媒体である場合に、前記位相分布変化手段を介して前記サブビーム群の位相分布を前記第一の位相分布とし、前記光記録媒体が前記第二の光記録媒体である場合に、前記位相分布変化手段を介して前記サブビーム群の位相分布を前記第二の位相分布とする制御手段と、
前記光記録媒体が第一の光記録媒体である場合に、前記第一の受光部群の出力信号から検出されるプッシュプル信号と前記第二の受光部群の出力信号から検出されるプッシュプル信号との差からトラック誤差信号を検出し、前記光記録媒体が第二の光記録媒体である場合に、前記第一の受光部群の出力信号から検出されるプッシュプル信号と前記第二の受光部群の出力信号から検出されるプッシュプル信号との差からトラック誤差信号を検出する第三の演算手段と、
を備えた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、溝を有する光記録媒体に対して記録及び再生の少なくとも一方を行うための光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置に関し、特に、溝のピッチが異なる複数種類の光記録媒体のいずれに対しても、良好なトラック誤差信号及びレンズ位置信号が得られる光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置に関するものである。なお、ここでいう「記録再生」とは、記録及び再生の少なくとも一方、すなわち記録及び再生の両方、記録のみ、又は再生のみをいうものとする。
【背景技術】
【０００２】
一般の追記型及び書換可能型の光記録媒体には、トラッキングを行うための溝が形成されている。これらの光記録媒体に対してトラック誤差信号を検出する場合、通常はプッシュプル法を用いる。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光記録媒体の半径方向にシフトするとオフセットを生じる。このようなレンズシフトによるオフセットに起因する記録再生特性の悪化を防ぐため、光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置には、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じない工夫が求められる。【０００３】
一方、光ヘッド装置が光記録媒体に対してトラックフォロー動作を行う際には、通常は光ヘッド装置の対物レンズがトラック誤差信号に応じて光記録媒体のトラックに追従し、光ヘッド装置の対物レンズを除く光学系に対して対物レンズが機械的な中立位置からずれないように、光ヘッド装置の対物レンズを除く光学系が対物レンズに追従する。また、光ヘッド装置が光記録媒体に対してシーク動作を行う際には、通常は光ヘッド装置の対物レンズを除く光学系に対して対物レンズを機械的な中立位置に固定し、光ヘッド装置の対物レンズを除く光学系がシーク信号に応じて光記録媒体の半径方向に移動する。このようなトラックフォロー動作及びシーク動作を安定して行うため、光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置には、対物レンズの機械的な中立位置からのずれ量を表わすレンズ位置信号を検出できる工夫が求められる。【０００４】
ところで、一般に、光記録媒体への入射光の側から見て、光記録媒体に形成された溝の凹部をランド、凸部をグルーブと呼ぶ。追記型及び書換可能型の光記録媒体には、ＤＶＤ−Ｒ（Digital Versatile Disc-Recordable）やＤＶＤ−ＲＷ（Digital Versatile Disc-Rewritable）のように、グルーブのみに対して記録再生を行うグルーブ記録方式の光記録媒体と、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc-Random Access Memory）のように、ランドとグルーブの両方に対して記録再生を行うランド／グルーブ記録方式の光記録媒体とがある。通常は、グルーブ記録方式の光記録媒体における溝のピッチは、ランド／グルーブ記録方式の光記録媒体における溝のピッチに比べて狭い。光ヘッド装置及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二種類の光記録媒体に対応できる工夫が求められる。【０００５】
溝のピッチが異なる二種類の光記録媒体の両方に対し、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じず、かつレンズ位置信号を検出できる光ヘッド装置としては、特許文献１〜３に記載されているものがある。【０００６】
特許文献１，２に記載の光ヘッド装置は、回折光学素子を備えている。光源である半導体レーザからの出射光は、回折光学素子によってメインビームである０次光、第一のサブビームである±１次回折光及び第二のサブビームである±２次回折光の合計五つの光に分割される。【０００７】
図１７に、光記録媒体であるディスク上の集光スポットの配置を示す。図１７［１］は溝のピッチが狭いグルーブ記録方式のディスクを示し、図１７［２］は溝のピッチが広いランド／グルーブ記録方式のディスクを示している。集光スポット３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅは、それぞれ回折光学素子３４ａからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光、＋２次回折光、−２次回折光に相当する。図１７［１］では、集光スポット３６ａはグルーブであるトラック２０ａ上、集光スポット３６ｂはほぼトラック２０ａの右側に隣接するランド上、集光スポット３６ｃはほぼトラック２０ａの左側に隣接するランド上にそれぞれ配置されている。これに対して、図１７［２］は、溝のピッチが広いグルーブ記録方式のディスクを示し、集光スポット３６ａはランド又はグルーブであるトラック２０ｂ上、集光スポット３６ｄはほぼトラック２０ｂの右側に隣接するグルーブ又はランド上、集光スポット３６ｅはほぼトラック２０ｂの左側に隣接するグルーブ又はランド上にそれぞれ配置されている。【０００８】
図１７［１］に示すように溝のピッチが狭いグルーブ記録方式のディスクの場合は、メインビームによるプッシュプル信号と第一のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、メインビームによるプッシュプル信号と第一のサブビームによるプッシュプル信号との和をレンズ位置信号とする。これに対して、図１７［２］に示すように溝のピッチが広いランド／グルーブ記録方式のディスクの場合は、メインビームによるプッシュプル信号と第二のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、メインビームによるプッシュプル信号と第二のサブビームによるプッシュプル信号との和をレンズ位置信号とする。【０００９】
特許文献１に記載の別の光ヘッド装置は、図１８に示す回折光学素子３４ｂ，３４ｃを備えている。図１８［１］［２］は、それぞれ回折光学素子３４ｂ，３４ｃの平面図である。回折光学素子３４ｂ，３４ｃは、図中に点線で示す対物レンズの有効径３４を含む全面に、回折格子が形成された構成である。回折格子における格子の方向はディスクの半径方向に対して僅かに傾いており、その傾きは回折光学素子３４ｂと回折光学素子３４ｃとで互いに異なる。光源である半導体レーザからの出射光は、回折光学素子３４ｂ，３４ｃにより、メインビームである回折光学素子３４ｂ，３４ｃからの０次光、第一のサブビームである回折光学素子３４ｂからの±１次回折光かつ回折光学素子３４ｃからの０次光、第二のサブビームである回折光学素子３４ｂからの０次光かつ回折光学素子３４ｃからの±１次回折光の、合計五つの光に分割される。【００１０】
特許文献２に記載の別の光ヘッド装置は、図１９に示す回折光学素子３４ｄを備えている。図１９は回折光学素子３４ｄの平面図である。回折光学素子３４ｄは、図中に点線で示す対物レンズの有効径３４を含む全面に、入射光の光軸に関して対称でディスクの半径方向に平行な四つの直線で領域３５ａ〜３５ｅの五つに分割された回折格子が形成された構成である。回折格子における格子の方向はディスクの半径方向に対して僅かに傾いており、その傾きは領域３５ａ〜３５ｃと領域３５ｄ，３５ｅとで互いに異なる。光源である半導体レーザからの出射光は、回折光学素子３４ｄにより、メインビームである回折光学素子３４ｄからの０次光、第一のサブビームである回折光学素子３４ｄの領域３５ｄ，３５ｅからの±１次回折光、第二のサブビームである回折光学素子３４ｄの領域３５ａ〜３５ｃからの±１次回折光の、合計五つの光に分割される。【００１１】
図２０に光記録媒体であるディスク上の集光スポットの配置を示す。図２０［１］は溝のピッチが狭いグルーブ記録方式のディスクを示し、図２０［２］は溝のピッチが広いランド／グルーブ記録方式のディスクを示している。回折光学素子３４ｂ，３４ｃを備えた光ヘッド装置では、集光スポット３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅは、それぞれ回折光学素子３４ｂ，３４ｃからの０次光、回折光学素子３４ｂからの＋１次回折光かつ回折光学素子３４ｃからの０次光、回折光学素子３４ｂからの−１次回折光かつ回折光学素子３４ｃからの０次光、回折光学素子３４ｂからの０次光かつ回折光学素子３４ｃからの＋１次回折光、回折光学素子３４ｂからの０次光かつ回折光学素子３４ｃからの−１次回折光に相当する。また、回折光学素子３４ｄを備えた光ヘッド装置では、集光スポット３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅは、それぞれ回折光学素子３４ｄからの０次光、回折光学素子３４ｄの領域３５ｄ，３５ｅからの＋１次回折光、回折光学素子３４ｄの領域３５ｄ，３５ｅからの−１次回折光、回折光学素子３４ｄの領域３５ａ〜３５ｃからの＋１次回折光、回折光学素子３４ｄの領域３５ａ〜３５ｃからの−１次回折光に相当する。【００１２】
図２０［１］では、集光スポット３７ａはグルーブであるトラック２０ａ上、集光スポット３７ｂはトラック２０ａの右側に隣接するランド上、集光スポット３７ｃはトラック２０ａの左側に隣接するランド上にそれぞれ配置されている。一方、図２０［２］では、集光スポット３７ａはランド又はグルーブであるトラック２０ｂ上、集光スポット３７ｄはトラック２０ｂの左側に隣接するグルーブ又はランド上、集光スポット３７ｅはトラック２０ｂの右側に隣接するグルーブ又はランド上にそれぞれ配置されている。【００１３】
溝のピッチが狭いグルーブ記録方式のディスクの場合は、メインビームによるプッシュプル信号と第一のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、メインビームによるプッシュプル信号と第一のサブビームによるプッシュプル信号との和をレンズ位置信号とする。一方、溝のピッチが広いランド／グルーブ記録方式のディスクの場合は、メインビームによるプッシュプル信号と第二のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、メインビームによるプッシュプル信号と第二のサブビームによるプッシュプル信号との和をレンズ位置信号とする。【００１４】
特許文献３に記載の光ヘッド装置は、回折光学素子を備えている。光源である半導体レーザからの出射光は、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、合計三つの光に分割される。【００１５】
図２１に、光記録媒体であるディスク上の集光スポットの配置を示す。図２１［１］は溝のピッチが狭いグルーブ記録方式のディスクを示し、図２１［２］は溝のピッチが広いランド／グルーブ記録方式のディスクを示している。集光スポット３８ａ，３８ｂ，３８ｃは、それぞれ回折光学素子３４ｅからの０次光、＋１次回折光、−１次回折光に相当する。図２１［１］では、集光スポット３８ａはグルーブであるトラック２０ａ上、集光スポット３８ｂはほぼトラック２０ａの右側に溝のピッチの２．５倍だけ離れたランド上、集光スポット３８ｃはほぼトラック２０ａの左側に溝のピッチの２．５倍だけ離れたランド上にそれぞれ配置されている。一方、図２１［２］では、集光スポット３８ａはランド又はグルーブであるトラック２０ｂ上、集光スポット３８ｂはほぼトラック２０ｂの右側に溝のピッチの１．５倍だけ離れたグルーブ又はランド上、集光スポット３８ｃはほぼトラック２０ｂの左側に溝のピッチの１．５倍だけ離れたグルーブ又はランド上にそれぞれ配置されている。【００１６】
溝のピッチが狭いグルーブ記録方式のディスクの場合も、溝のピッチが広いランド／グルーブ記録方式のディスクの場合も、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との差をトラック誤差信号とし、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との和をレンズ位置信号とする。【００１７】
【特許文献１】特開平１０−８３５４６号公報
【特許文献２】特開２００４−５８５９号公報
【特許文献３】特開２００４−３９０６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前述の回折光学素子３４ａ〜３４ｄを備えた光ヘッド装置では、溝のピッチが狭いグルーブ記録方式のディスクの場合、第一のサブビームの集光スポットをメインビームの集光スポットに対して溝のピッチの半分だけ離して配置する。ところで、グルーブ記録方式のディスクであるＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ等には二層の規格がある。ここで、二層のディスクの連続記録中におけるトラック誤差信号のオフセットについて考える。【００１９】
図２２に、二層のディスク上における集光スポットの配置を示す。集光スポット４０ａはメインビームの集光スポットであり、グルーブであるトラック３９ａ上に配置されている。また、集光スポット４０ｂ，４０ｃは、第一のサブビームの集光スポットであり、トラック３９ａ，３９ｃの間のランド上、トラック３９ａ，３９ｂの間のランド上にそれぞれ配置されている。図の左側及び右側はそれぞれディスクの内周側及び外周側に相当し、集光スポット４０ａ〜４０ｃは図の下側から上側へ向かって進行する。通常の二層のディスクでは、一層目は内周側から外周側へ向かって記録を行い、二層目は外周側から内周側へ向かって記録を行う。したがって、一層目の連続記録中は、図２２［１］に灰色で示す、トラック３９ｂの全部及びトラック３９ａの集光スポット４０ａより下側の部分が記録部となる。二層目の連続記録中は、図２２［２］に灰色で示す、トラック３９ｃの全部及びトラック３９ａの集光スポット４０ａより下側の部分が記録部となる。【００２０】
図２２［１］では、集光スポット４０ｂが位置するランドの左側に隣接するトラック３９ａ、右側に隣接するトラック３９ｃはいずれも未記録部であり、集光スポット４０ｃが位置するランドの左側に隣接するトラック３９ｂ、右側に隣接するトラック３９ａはいずれも記録部である。そのため、集光スポット４０ｂ，４０ｃの位置でのディスクの反射率の分布は左右対称になるので、第一のサブビームによるプッシュプル信号にオフセットが生じない。一方、図２２［２］では、集光スポット４０ｂが位置するランドの左側に隣接するトラック３９ａは未記録部、右側に隣接するトラック３９ｃは記録部であり、集光スポット４０ｃが位置するランドの左側に隣接するトラック３９ｂは未記録部、右側に隣接するトラック３９ａは記録部である。そのため、集光スポット４０ｂ，４０ｃの位置でのディスクの反射率の分布は左右非対称になるので、第一のサブビームによるプッシュプル信号にオフセットが生じる。その結果、一層目の連続記録中にはトラック誤差信号にオフセットが生じないが、二層目の連続記録中にはトラック誤差信号にオフセットが生じる。【００２１】
回折光学素子３４ｅを備えた光ヘッド装置では、溝のピッチが狭いグルーブ記録方式のディスクの場合、サブビームの集光スポットをメインビームの集光スポットに対して溝のピッチの２．５倍だけ離して配置し、溝のピッチが広いランド／グルーブ記録方式のディスクの場合、サブビームの集光スポットをメインビームの集光スポットに対して溝のピッチの１．５倍だけ離して配置する。ここで、温度の変化に伴い光源である半導体レーザの波長が変化すると、回折光学素子３４ｅにおける±１次回折光の回折角が変化し、図２１に示すディスク上の集光スポット３８ａ〜３８ｃの間隔が変化する。このとき、ディスクの半径方向におけるサブビームの集光スポットとメインビームの集光スポットとの離間量は、溝のピッチの２．５倍又は１．５倍からずれる。この光ヘッド装置では、集光スポット３８ａ〜３８ｃを結ぶ線とトラック２０ａ，２０ｂとのなす角度が大きいため、集光スポット３８ａ〜３８ｃの間隔が変化したときの、サブビームの集光スポットとメインビームの集光スポットとの離間量のずれが大きい。その結果、ディスクの偏芯に伴いサブビームによるプッシュプル信号の振幅が大きく変化することにより、トラック誤差信号の振幅が大きく変化する。【００２２】
そこで、本発明の目的は、溝のピッチが異なる二種類の光記録媒体の両方に対し、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じず、かつレンズ位置信号を検出できる従来の光ヘッド装置における上に述べた課題を解決し、二層のディスクの連続記録中にトラック誤差信号にオフセットが生じず、ディスクの偏芯に伴いトラック誤差信号の振幅が大きく変化せず、良好なトラック誤差信号及びレンズ位置信号が得られる光ヘッド装置及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】
【００２３】
本発明に係る光ヘッド装置は、光記録媒体として、トラックを構成する第一のピッチの溝を有する円盤状の第一の光記録媒体とトラックを構成する第二のピッチの溝を有する円盤状の第二の光記録媒体とを少なくとも使用対象とし、光源と、該光源からの出射光を前記光記録媒体上に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられた回折光学素子と、前記光記録媒体からの反射光を受光する光検出器を有する光ヘッド装置において、前記回折光学素子は、前記光源からの出射光から、前記対物レンズにより前記光記録媒体の同一のトラック上に集光される、位相分布が相互に異なるメインビーム、第一のサブビーム群、第二のサブビーム群を少なくとも生成し、前記光検出器の受光部は、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を、少なくとも前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出するために受光する第一の受光部群と、前記光記録媒体で反射された前記第一のサブビーム群の反射光を、少なくとも前記第一の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出するために受光する第二の受光部群と、前記光記録媒体で反射された前記第二のサブビーム群の反射光を、少なくとも前記第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出するために受光する第三の受光部群を含むことを特徴とする。【００２４】
また、本発明に係る光学式情報記録再生装置は、上に述べた本発明に係る光ヘッド装置と、前記第一の受光部群の出力から、少なくとも前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出する手段と、前記第二の受光部群の出力から、少なくとも前記第一の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出する手段と、前記第三の受光部群の出力から、少なくとも前記第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出する手段と、前記光記録媒体が第一の光記録媒体である場合、前記第一の受光部群の出力から検出されるプッシュプル信号と前記第二の受光部群の出力から検出されるプッシュプル信号との差からトラック誤差信号を検出し、前記光記録媒体が第二の光記録媒体である場合、前記第一の受光部群の出力から検出されるプッシュプル信号と前記第三の受光部群の出力から検出されるプッシュプル信号との差からトラック誤差信号を検出する手段と、を備えたことを特徴とする。【００２５】
又は、本発明に係る光ヘッド装置は、光記録媒体として、トラックを構成する第一のピッチの溝を有する円盤状の第一の光記録媒体とトラックを構成する第二のピッチの溝を有する円盤状の第二の光記録媒体とを少なくとも使用対象とし、光源と、該光源からの出射光を前記光記録媒体上に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に設けられた回折光学素子と、前記光記録媒体からの反射光を受光する光検出器を有する光ヘッド装置において、前記回折光学素子は、前記光源からの出射光から、前記対物レンズにより前記光記録媒体の同一のトラック上に集光される、位相分布が相互に異なるメインビーム、サブビーム群を少なくとも生成し、前記光検出器の受光部は、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を、少なくとも前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出するために受光する第一の受光部群と、前記光記録媒体で反射された前記サブビーム群の反射光を、少なくとも前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出するために受光する第二の受光部群とを含み、前記回折光学素子と協働して、前記サブビーム群の位相分布を、第一の位相分布と第二の位相分布との間で変化させる位相分布変化手段を更に備えたことを特徴とする。【００２６】
また、本発明に係る光学式情報記録再生装置は、上に述べた本発明に係る光ヘッド装置と、前記第一の受光部群の出力から、少なくとも前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出する手段と、前記第二の受光部群の出力から、少なくとも前記第一及び第二の光記録媒体に対するプッシュプル信号を検出する手段と、前記光記録媒体が第一の光記録媒体である場合、前記位相分布変化手段により、前記サブビーム群の位相分布を前記第一の位相分布とし、前記第一の受光部群の出力から検出されるプッシュプル信号と前記第二の受光部群の出力から検出されるプッシュプル信号との差からトラック誤差信号を検出し、前記光記録媒体が第二の光記録媒体である場合、前記位相分布変化手段により、前記サブビーム群の位相分布を前記第二の位相分布とし、前記第一の受光部群の出力から検出されるプッシュプル信号と前記第二の受光部群の出力から検出されるプッシュプル信号との差からトラック誤差信号を検出する手段と、を備えたことを特徴とする。【００２７】
本発明に係る光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置では、メインビーム、第一のサブビーム群、第二のサブビーム群を光記録媒体の同一のトラック上に集光し、第一の光記録媒体に対しては、光記録媒体で反射されたメインビームの反射光を受光する第一の受光部群、光記録媒体で反射された第一のサブビーム群の反射光を受光する第二の受光部群の出力からそれぞれプッシュプル信号を検出し、これらのプッシュプル信号の差からトラック誤差信号を検出する。一方、第二の光記録媒体に対しては、光記録媒体で反射されたメインビームの反射光を受光する第一の受光部群、光記録媒体で反射された第二のサブビーム群の反射光を受光する第三の受光部群の出力からそれぞれプッシュプル信号を検出し、これらのプッシュプル信号の差からトラック誤差信号を検出する。第一のサブビーム群の位相分布は、第一の光記録媒体に対して第一のサブビーム群によるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号との極性が逆になるように設定することができ、第二のサブビーム群の位相分布は、第二の光記録媒体に対して第二のサブビーム群によるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号との極性が逆になるように設定することができる。【００２８】
又は、本発明に係る光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置では、メインビーム、サブビーム群を光記録媒体の同一のトラック上に集光し、第一の光記録媒体に対しては、サブビーム群の位相分布を第一の位相分布とし、光記録媒体で反射されたメインビームの反射光を受光する第一の受光部群、光記録媒体で反射されたサブビーム群の反射光を受光する第二の受光部群の出力からそれぞれプッシュプル信号を検出し、これらのプッシュプル信号の差からトラック誤差信号を検出する。一方、第二の光記録媒体に対しては、サブビーム群の位相分布を第二の位相分布とし、光記録媒体で反射されたメインビームの反射光を受光する第一の受光部群、光記録媒体で反射されたサブビーム群の反射光を受光する第二の受光部群の出力からそれぞれプッシュプル信号を検出し、これらのプッシュプル信号の差からトラック誤差信号を検出する。第一の位相分布は、第一の光記録媒体に対してサブビーム群によるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号の極性が逆になるように設定することができ、第二の位相分布は、第二の光記録媒体に対してサブビーム群によるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号の極性が逆になるように設定することができる。【００２９】
次に、本発明の作用について説明する。二層のディスクでは、メインビームの集光スポット及びサブビーム群の集光スポットはグルーブである同一のトラック上に配置されており、サブビーム群の集光スポットが位置するトラックの左側及び右側に隣接するランドはいずれも未記録部であるため、サブビーム群の集光スポットの位置でのディスクの反射率の分布は左右対称になり、サブビーム群によるプッシュプル信号にオフセットが生じない。その結果、二層のディスクの連続記録中にもトラック誤差信号にオフセットが生じない。【００３０】
また、メインビームの集光スポット及びサブビーム群の集光スポットは同一のトラック上に配置されているため、メインビームの集光スポットとサブビーム群の集光スポットとの間隔が変化しても、ディスクの半径方向におけるサブビーム群の集光スポットとメインビームの集光スポットとの離間量は０である。その結果、ディスクの偏芯に伴いサブビームによるプッシュプル信号の振幅が大きく変化しないので、トラック誤差信号の振幅が大きく変化しない。
【発明の効果】
【００３１】
上に述べたように、本発明に係る光ヘッド装置及び光学式情報記録再生装置によれば、溝のピッチが異なる二種類の光記録媒体の両方に対し、二層のディスクの連続記録中にトラック誤差信号にオフセットが生じず、ディスクの偏芯に伴いトラック誤差信号の振幅が大きく変化せず、良好なトラック誤差信号及びレンズ位置信号が得られる。その理由は、相互に位相分布の異なるメインビーム及びサブビーム群を、光記録媒体の同一のトラック上に集光するからである。例えば、メインビーム及びサブビーム群を光記録媒体の同一のトラック上に集光し、サブビーム群の位相分布を、二種類の光記録媒体のそれぞれに対してプッシュプル信号の極性がメインビームと逆になるように設定するためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。図１に、本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態を示す。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３ａ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±２次回折光の、合計五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ほぼ１００％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でディスク７上に集光される。ディスク７からの五つの反射光は、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ほぼ１００％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１０ａで受光される。光検出器１０ａは、円筒レンズ８及び凸レンズ９の二つの焦線の中間に設置されている。【００３３】
図２は回折光学素子３ａの平面図である。回折光学素子３ａは、図中に点線で示す対物レンズ６の有効径６ａを含む全面に、入射光の光軸に関して対称でディスク７の接線方向に平行な三つの直線によって、領域１３ａ〜１３ｄの四つに分割された回折格子が形成された構成である。回折格子における格子の方向はいずれもディスク７の半径方向に平行であり、格子のパタンはいずれも等間隔の直線状である。領域１３ａ〜１３ｄにおける格子の間隔は等しい。【００３４】
ここで、半導体レーザ１の波長をλ、対物レンズ６の開口数をＮＡ、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合の当該溝のピッチをＴｐ２とすると、対物レンズ６の有効径６ａに対する領域１３ａ，１３ｂの幅の比はいずれもλ／（２・ＮＡ・Ｔｐ２）である。例えば、回折光学素子３ａに入射した光は、０次光として約８０．０％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ約３．２％が回折され、±２次回折光としてそれぞれ約３．０％が回折される。領域１３ａ，１３ｃからの±１次回折光と領域１３ｂ，１３ｄからの±１次回折光とは位相が互いに１８０°ずれており、領域１３ａ，１３ｄからの±２次回折光と領域１３ｂ，１３ｃからの±２次回折光とは位相が互いに１８０°ずれている。その結果、メインビーム、第一のサブビーム及び第二のサブビームは、位相分布が相互に異なる。【００３５】
図３にディスク７上の集光スポットの配置を示す。図３［１］はディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合、図３［２］はディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合を表わしている。集光スポット２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ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、＋２次回折光、−２次回折光に相当する。図３［１］では、集光スポット２１ａ〜２１ｅはグルーブである同一のトラック２０ａ上に配置されている。図３［２］では、集光スポット２１ａ〜２１ｅはランド又はグルーブである同一のトラック２０ｂ上に配置されている。第一のサブビームである集光スポット２１ｂ，２１ｃ、第二のサブビームである集光スポット２１ｄ，２１ｅは、ディスク７の半径方向の左側と右側に強度が等しい二つのピークを持つ。【００３６】
図４に、光検出器１０ａの受光部のパタンと光検出器１０ａ上の光スポットの配置とを示す。光スポット２４ａは、回折光学素子３ａからの０次光に相当し、光軸を通るディスク７の接線方向に平行な分割線及び半径方向に平行な分割線によって四つに分割された受光部２３ａ〜２３ｄで受光される。光スポット２４ｂは、回折光学素子３ａからの＋１次回折光に相当し、光軸を通るディスク７の半径方向に平行な分割線によって二つに分割された受光部２３ｅ，２３ｆで受光される。光スポット２４ｃは、回折光学素子３ａからの−１次回折光に相当し、光軸を通るディスク７の半径方向に平行な分割線によって二つに分割された受光部２３ｇ，２３ｈで受光される。光スポット２４ｄは、回折光学素子３ａからの＋２次回折光に相当し、光軸を通るディスク７の半径方向に平行な分割線によって二つに分割された受光部２３ｉ，２３ｊで受光される。光スポット２４ｅは、回折光学素子３ａからの−２次回折光に相当し、光軸を通るディスク７の半径方向に平行な分割線によって二つに分割された受光部２３ｋ，２３ｌで受光される。光スポット２４ａ〜２４ｅは、円筒レンズ８及び凸レンズ９の作用により、ディスク７の接線方向の強度分布と半径方向の強度分布とが互いに入れ替わっている。【００３７】
受光部２３ａ〜２３ｌからの出力をそれぞれＶ２３ａ〜Ｖ２３ｌで表わすと、フォーカス誤差信号は非点収差法により（Ｖ２３ａ＋Ｖ２３ｄ）−（Ｖ２３ｂ＋Ｖ２３ｃ）の演算から得られる。メインビームによるプッシュプル信号は（Ｖ２３ａ＋Ｖ２３ｂ）−（Ｖ２３ｃ＋Ｖ２３ｄ）、第一のサブビームによるプッシュプル信号は（Ｖ２３ｅ＋Ｖ２３ｇ）−（Ｖ２３ｆ＋Ｖ２３ｈ）、第二のサブビームによるプッシュプル信号は（Ｖ２３ｉ＋Ｖ２３ｋ）−（Ｖ２３ｊ＋Ｖ２３ｌ）でそれぞれ与えられる。メインビームによるプッシュプル信号と第一又は第二のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、メインビームによるプッシュプル信号と第一又は第二のサブビームによるプッシュプル信号との和をレンズ位置信号とする。ディスク７に記録されたＲＦ信号は（Ｖ２３ａ＋Ｖ２３ｂ＋Ｖ２３ｃ＋Ｖ２３ｄ）の演算から得られる。【００３８】
図５に、トラック誤差信号及びレンズ位置信号の検出に関わる各種のプッシュプル信号を示す。図の横軸は集光スポットのデトラック量、縦軸はプッシュプル信号である。プッシュプル信号は、対物レンズ６がディスク７の半径方向にシフトするとレンズシフトによるオフセットを生じる。図５［１］に示すプッシュプル信号２７ａ，２７ｂは、それぞれ対物レンズ６がディスク７の半径方向の外側にシフトした場合のメインビーム、及び、第一又は第二のサブビームによるプッシュプル信号である。また、図５［２］に示すプッシュプル信号２７ｃ，２７ｄは、それぞれ対物レンズ６がディスク７の半径方向の内側にシフトした場合における、メインビームによるプッシュプル信号、及び、第一又は第二のサブビームによるプッシュプル信号である。メインビームによるプッシュプル信号と第一又は第二のサブビームによるプッシュプル信号とは、極性が逆であるが、対物レンズ６がディスク７の半径方向にシフトした場合のオフセットの符号は同じであり、図５［１］では正、図５［２］では負のオフセットを持っている。【００３９】
これに対し、図５［３］に示すプッシュプル信号２７ｅは、対物レンズ６がディスク７の半径方向の外側及び内側にシフトした場合のメインビームによるプッシュプル信号と第一又は第二のサブビームによるプッシュプル信号との差であるトラック誤差信号である。図５［３］では図５［１］［２］におけるプッシュプル信号のオフセットが相殺され、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じない。また、図５［４］に示すプッシュプル信号２７ｆ，２７ｇは、それぞれ対物レンズ６がディスク７の半径方向の外側及び内側にシフトした場合の、メインビームによるプッシュプル信号と第一又は第二のサブビームによるプッシュプル信号との和であるレンズ位置信号である。図５［４］では、図５［１］［２］におけるプッシュプル信号の溝横断成分が相殺されるので、レンズ位置信号に溝横断雑音を生じない。【００４０】
図６［１］に、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合において、ディスク７で反射した第一のサブビーム及びディスク７で回折された第一のサブビームの位相分布を示す。ただし、第一のサブビームである集光スポットは、ディスク７のトラックの中心に位置しているとする。領域２８ａは、ディスク７で０次光として反射した光のうち、回折光学素子３ａの領域１３ａ，１３ｃからの±１次回折光に相当する。領域２８ｂは、ディスク７で０次光として反射した光のうち、回折光学素子３ａの領域１３ｂ，１３ｄからの±１次回折光に相当する。領域２８ｃは、ディスク７で＋１次回折光として回折された光のうち、回折光学素子３ａの領域１３ａ，１３ｃからの±１次回折光に相当する。領域２８ｄは、ディスク７で＋１次回折光として回折された光のうち、回折光学素子３ａの領域１３ｂ，１３ｄからの±１次回折光に相当する。領域２８ｅは、ディスク７で−１次回折光として回折された光のうち、回折光学素子３ａの領域１３ａ，１３ｃからの±１次回折光に相当する。領域２８ｆは、ディスク７で−１次回折光として回折された光のうち、回折光学素子３ａの領域１３ｂ，１３ｄからの±１次回折光に相当する。図中に＋，−と記載されている領域における光の位相は、それぞれ＋９０°，−９０°である。【００４１】
プッシュプル信号は、ディスク７で反射した光とディスク７で回折された光とが重なる部分において両者が干渉し、それぞれの位相によって干渉した光の強度が変化することを利用して検出される。図６［１］では、０次光の領域２８ａと＋１次回折光の領域２８ｄとが重なっており、０次光の領域２８ｂと−１次回折光の領域２８ｅとが重なっている。領域２８ａと領域２８ｄとでは光の位相が互いに１８０°ずれており、領域２８ｂと領域２８ｅとでは光の位相が互いに１８０°ずれている。このとき、第一のサブビームによるプッシュプル信号は、メインビームによるプッシュプル信号に対して極性が反転する。【００４２】
図６［２］に、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合において、ディスク７で反射した第二のサブビーム及びディスク７で回折された第二のサブビームの位相分布を示す。ただし、第二のサブビームである集光スポットはディスク７のトラックの中心に位置しているとする。領域２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄは、ディスク７で０次光として反射した光のうち、それぞれ回折光学素子３ａの領域１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄからの±１次回折光に相当する。領域２９ｅ，２９ｆ，２９ｇ，２９ｈは、ディスク７で＋１次回折光として回折された光のうち、それぞれ回折光学素子３ａの領域１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄからの±１次回折光に相当する。領域２９ｉ，２９ｊ，２９ｋ，２９ｌは、ディスク７で−１次回折光として回折された光のうち、それぞれ回折光学素子３ａの領域１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄからの±１次回折光に相当する。図中に＋，−と記載されている領域における光の位相は、それぞれ＋９０°，−９０°である。【００４３】
プッシュプル信号は、ディスク７で反射した光とディスク７で回折された光とが重なる部分において両者が干渉し、それぞれの位相によって干渉した光の強度が変化することを利用して検出される。図６［２］では、０次光の領域２９ｃ，２９ａ，２９ｂと＋１次回折光の領域２９ｅ，２９ｆ，２９ｈとがそれぞれ重なっており、０次光の領域２９ｄ，２９ｂ，２９ａと−１次回折光の領域２９ｊ，２９ｉ，２９ｋとがそれぞれ重なっている。領域２９ｃ，２９ａ，２９ｂと領域２９ｅ，２９ｆ，２９ｈとでは、光の位相が互いに１８０°ずれている。領域２９ｄ，２９ｂ，２９ａと領域２９ｊ，２９ｉ，２９ｋとでは、光の位相が互いに１８０°ずれている。このとき、第二のサブビームによるプッシュプル信号は、メインビームによるプッシュプル信号に対して極性が反転する。【００４４】
本実施形態では、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合は、メインビームによるプッシュプル信号と第一のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、メインビームによるプッシュプル信号と第一のサブビームによるプッシュプル信号との和をレンズ位置信号とする。また、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合は、メインビームによるプッシュプル信号と第二のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、メインビームによるプッシュプル信号と第二のサブビームによるプッシュプル信号との和をレンズ位置信号とする。【００４５】
ここで、第一のサブビームの位相分布は、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合に、第一のサブビームによるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号との極性が逆になるように設定されている。また、第二のサブビームの位相分布は、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合に、第二のサブビームによるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号との極性が逆になるように設定されている。これにより、溝のピッチが異なる二種類のディスクの両方に対し、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じず、かつレンズ位置信号に溝横断雑音を生じない。更に、メインビームである一つの集光スポット、第一のサブビームである二つの集光スポット、及び第二のサブビームである二つの集光スポットは、ディスク７の同一のトラック上に配置されている。これにより、二層のディスクの連続記録中にトラック誤差信号にオフセットが生じないので、ディスクの偏芯に伴いトラック誤差信号の振幅が大きく変化しない。【００４６】
図７は回折光学素子３ａの断面図である。回折光学素子３ａは、基板１５上に誘電体１６が形成された構成である。誘電体１６の断面形状は、図７［１］では幅Ｐ／２−Ａのライン部、幅Ａのスペース部、幅Ａのライン部、幅Ｐ／２−Ａのスペース部の繰り返し、図７［２］では幅Ｐ／２−Ａのスペース部、幅Ａのライン部、幅Ａのスペース部、幅Ｐ／２−Ａのライン部の繰り返し、図７［３］では幅Ａのスペース部、幅Ｐ／２−Ａのライン部、幅Ｐ／２−Ａのスペース部、幅Ａのライン部の繰り返し、図の［４］では幅Ａのライン部、幅Ｐ／２−Ａのスペース部、幅Ｐ／２−Ａのライン部、幅Ａのスペース部の繰り返しである。すなわち、格子の間隔はいずれもＰである。ライン部とスペース部との高さの差はいずれもＨ１である。【００４７】
ここで、半導体レーザ１の波長をλ、誘電体１６の屈折率をｎ、回折光学素子３ａの透過率、±１次回折効率及び±２次回折効率をそれぞれη０，η１，η２とすると、次式（１）〜（４）が成り立つ。【００４８】
η０＝cos2（φ／２）  ・・・（１）
η１＝（２／π）2sin2（φ／２）sin2［π（１−４Ａ／Ｐ）／２］  ・・・（２）
η２＝（１／π）2sin2（φ／２）｛１＋cos［π（１−４Ａ／Ｐ）］｝2  ・・・（３）
φ＝４π（ｎ−１）Ｈ１／λ  ・・・（４）【００４９】
例えば、φ＝０．２９５π、Ａ＝０．１４２Ｐとするとη０＝０．８００、η１＝０．０３２、η２＝０．０３０となる。すなわち、回折光学素子３ａに入射した光は、０次光として約８０．０％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ約３．２％が回折され、±２次回折光としてそれぞれ約３．０％が回折される。【００５０】
回折光学素子３ａの領域１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄにおける誘電体１６の断面形状をそれぞれ図７［１］［２］［３］［４］に示すように設定すると、領域１３ａ，１３ｃからの±１次回折光と領域１３ｂ，１３ｄからの±１次回折光とは位相が互いに１８０°ずれ、領域１３ａ，１３ｄからの±２次回折光と領域１３ｂ，１３ｃからの±２次回折光とは位相が互いに１８０°ずれる。【００５１】
本発明に係る光ヘッド装置の第二実施形態は、第一実施形態における回折光学素子３ａを、図８に示す回折光学素子３ｂに置き換えたものである。【００５２】
図８は回折光学素子３ｂの平面図である。回折光学素子３ｂは、図中に点線で示す対物レンズ６の有効径６ａを含む全面に、入射光の光軸に関して対称でディスク７の接線方向に平行な四つの直線によって領域１３ｅ〜１３ｉの五つに分割された回折格子が形成された構成である。回折格子における格子の方向はいずれもディスク７の半径方向に平行であり、格子のパタンはいずれも等間隔の直線状である。領域１３ｅ〜１３ｉにおける格子の間隔は等しい。【００５３】
ここで、半導体レーザ１の波長をλ、対物レンズ６の開口数をＮＡ、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合の当該溝のピッチをＴｐ１、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合の当該溝のピッチをＴｐ２とすると、対物レンズ６の有効径６ａに対する領域１３ｅの幅の比、領域１３ｅ〜１３ｇを合わせた領域の幅の比は、それぞれλ／（２・ＮＡ・Ｔｐ２）、λ／（２・ＮＡ・Ｔｐ１）である。例えば、回折光学素子３ｂに入射した光は、０次光として約８０．０％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ約３．２％が回折され、±２次回折光としてそれぞれ約３．０％が回折される。領域１３ｅ，１３ｆ，１３ｇからの±１次回折光と領域１３ｈ，１３ｉからの±１次回折光とは、位相が互いに１８０°ずれている。領域１３ｅからの±２次回折光と領域１３ｆ，１３ｇ，１３ｈ，１３ｉからの±２次回折光とは、位相が互いに１８０°ずれている。その結果、メインビーム、第一のサブビーム及び第二のサブビームは、位相分布が相互に異なる。【００５４】
本実施形態におけるディスク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。本実施形態では、第一実施形態と同様に、メインビームである一つの集光スポット、第一のサブビームである二つの集光スポット、第二のサブビームである二つの集光スポットは、それぞれディスク７の同一のトラック上に配置されている。【００５５】
本実施形態における光検出器１０ａの受光部のパタンと光検出器１０ａ上の光スポットの配置とは、図４に示すものと同じである。本実施形態では、第一実施形態と同様に、フォーカス誤差信号、メインビームによるプッシュプル信号、第一のサブビームによるプッシュプル信号、第二のサブビームによるプッシュプル信号、ディスク７に記録されたＲＦ信号が得られる。メインビームによるプッシュプル信号と第一又は第二のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、メインビームによるプッシュプル信号と第一又は第二のサブビームによるプッシュプル信号との和をレンズ位置信号とする。【００５６】
本実施形態におけるトラック誤差信号、レンズ位置信号の検出に関わる各種のプッシュプル信号は、図５に示すものと同じである。本実施形態では、第一実施形態と同様に、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じず、かつレンズ位置信号に溝横断雑音を生じない。【００５７】
図９［１］に、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合の、ディスク７で反射した第一のサブビーム及びディスク７で回折された第一のサブビームの位相分布を示す。ただし、第一のサブビームである集光スポットは、ディスク７のトラックの中心に位置しているとする。領域３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、ディスク７で０次光として反射した光のうち、それぞれ回折光学素子３ｂの領域１３ｅ〜１３ｇ、領域１３ｈ、領域１３ｉからの±１次回折光に相当する。領域３０ｄ，３０ｅ，３０ｆは、ディスク７で＋１次回折光として回折された光のうち、それぞれ回折光学素子３ｂの領域１３ｅ〜１３ｇ、領域１３ｈ、領域１３ｉからの±１次回折光に相当する。領域３０ｇ，３０ｈ，３０ｉは、ディスク７で−１次回折光として回折された光のうち、それぞれ回折光学素子３ｂの領域１３ｅ〜１３ｇ、領域１３ｈ、領域１３ｉからの±１次回折光に相当する。図中に＋，−と記載されている領域における光の位相は、それぞれ＋９０°，−９０°である。【００５８】
プッシュプル信号は、ディスク７で反射した光とディスク７で回折された光とが重なる部分において両者が干渉し、それぞれの位相によって干渉した光の強度が変化することを利用して検出される。図９［１］では、０次光の領域３０ｂ，３０ａと＋１次回折光の領域３０ｄ，３０ｆとが重なっており、０次光の領域３０ｃ，３０ａと−１次回折光の領域３０ｇ，３０ｈとが重なっている。領域３０ｂ，３０ａと領域３０ｄ，３０ｆとでは光の位相が互いに１８０°ずれており、領域３０ｃ，３０ａと領域３０ｇ，３０ｈとでは光の位相が互いに１８０°ずれている。このとき、第一のサブビームによるプッシュプル信号は、メインビームによるプッシュプル信号に対して極性が反転する。【００５９】
図９［２］に、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合の、ディスク７で反射した第二のサブビーム及びディスク７で回折された第二のサブビームの位相分布を示す。ただし、第二のサブビームである集光スポットは、ディスク７のトラックの中心に位置しているとする。領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、ディスク７で０次光として反射した光のうち、それぞれ回折光学素子３ｂの領域１３ｅ、領域１３ｆ，１３ｈ、領域１３ｇ，１３ｉからの±１次回折光に相当する。領域３１ｄ，３１ｅ，３１ｆは、ディスク７で＋１次回折光として回折された光のうち、それぞれ回折光学素子３ｂの領域１３ｅ、領域１３ｆ，１３ｈ、領域１３ｇ，１３ｉからの±１次回折光に相当する。領域３１ｇ，３１ｈ，３１ｉは、ディスク７で−１次回折光として回折された光のうち、それぞれ回折光学素子３ｂの領域１３ｅ、領域１３ｆ，１３ｈ、領域１３ｇ，１３ｉからの±１次回折光に相当する。図中に＋，−と記載されている領域における光の位相は、それぞれ＋９０°，−９０°である。【００６０】
プッシュプル信号は、ディスク７で反射した光とディスク７で回折された光とが重なる部分において両者が干渉し、それぞれの位相によって干渉した光の強度が変化することを利用して検出される。図９［２］では、０次光の領域３１ｂ，３１ａと＋１次回折光の領域３１ｄ，３１ｆとが重なっており、０次光の領域３１ｃ，３１ａと−１次回折光の領域３１ｇ，３１ｈとが重なっている。領域３１ｂ，３１ａと領域３１ｄ，３１ｆとでは光の位相が互いに１８０°ずれており、領域３１ｃ、３１ａと領域３１ｇ、３１ｈとでは光の位相が互いに１８０°ずれている。このとき、第二のサブビームによるプッシュプル信号は、メインビームによるプッシュプル信号に対して極性が反転する。【００６１】
本実施形態では、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合は、メインビームによるプッシュプル信号と第一のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、メインビームによるプッシュプル信号と第一のサブビームによるプッシュプル信号との和をレンズ位置信号とする。また、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合は、メインビームによるプッシュプル信号と第二のサブビームによるプッシュプル信号との差をトラック誤差信号とし、メインビームによるプッシュプル信号と第二のサブビームによるプッシュプル信号との和をレンズ位置信号とする。【００６２】
ここで、第一のサブビームの位相分布は、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合に、第一のサブビームによるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号との極性が逆になるように設定されている。また、第二のサブビームの位相分布は、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合に、第二のサブビームによるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号との極性が逆になるように設定されている。これにより、溝のピッチが異なる二種類のディスクの両方に対し、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じず、かつレンズ位置信号に溝横断雑音を生じない。更に、メインビームである一つの集光スポット、第一のサブビームである二つの集光スポット、第二のサブビームである二つの集光スポットは、ディスク７の同一のトラック上に配置されている。これにより、二層のディスクの連続記録中にトラック誤差信号にオフセットが生じず、かつディスクの偏芯に伴いトラック誤差信号の振幅が大きく変化しない。【００６３】
本実施形態における回折光学素子３ｂの断面図は図７に示すものと同じである。回折光学素子３ｂの領域１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈ，１３ｉにおける誘電体１６の断面形状をそれぞれ図７の［２］［４］［４］［１］［１］に示すように設定すると、領域１３ｅ，１３ｆ，１３ｇからの±１次回折光と領域１３ｈ，１３ｉからの±１次回折光とは位相が互いに１８０°ずれ、領域１３ｅからの±２次回折光と領域１３ｆ，１３ｇ，１３ｈ，１３ｉからの±２次回折光とは位相が互いに１８０°ずれる。【００６４】
なお、第一実施形態における第一のサブビームの位相分布と第二のサブビームの位相分布とは互いに逆でもよい。また、第二実施形態における第一のサブビームの位相分布と第二のサブビームの位相分布とは互いに逆でもよい。更に、第一実施形態における第一のサブビームの位相分布と第二実施形態における第一のサブビームの位相分布とを互いに入れ替えた実施形態も可能である。また、第一実施形態における第二のサブビームの位相分布と第二実施形態における第二のサブビームの位相分布とを互いに入れ替えた実施形態も可能である。【００６５】
図１０に、本発明に係る光ヘッド装置の第三実施形態を示す。本実施形態は、第一実施形態に対して、回折光学素子３ａを二つの回折光学素子１１ａ，１１ｂに置き換え、コリメータレンズ２と回折光学素子１１ａとの間及び回折光学素子１１ｂと偏光ビームスプリッタ４との間にそれぞれ可変波長板１２ａ，１２ｂを追加し、光検出器１０ａを光検出器１０ｂに置き換えたものである。【００６６】
回折光学素子１１ａ，１１ｂは、入射光のうち特定の方向の偏光成分を透過させ、それに直交する方向の偏光成分を０次光及び±１次回折光の三つの光に分割する働きをする。また、可変波長板１２ａ，１２ｂは、液晶分子を有する液晶光学素子であり、入射光の偏光方向を９０°変化させるか否かのいずれかの働きをする。ここで、偏光ビームスプリッタ４に対するＰ偏光及びＳ偏光の方向にそれぞれＸ軸及びＹ軸をとり、光の進行方向にＺ軸をとる。【００６７】
液晶光学素子に電圧を印加しない場合、液晶分子はＸ−Ｙ平面内でＸ軸、Ｙ軸に対して４５°の方向に配向している。半導体レーザ１からの出射光は、Ｘ軸方向の直線偏光として可変波長板１２ａに入射する。この光が液晶光学素子を透過すると、液晶分子に平行な方向の偏光成分とそれに直交する方向の偏光成分との間に位相差が生じる。この位相差は１８０°に設定されているため、液晶光学素子を透過した光は、偏光方向が９０°変化する。すなわち、可変波長板１２ａからの出射光は、Ｙ軸方向の直線偏光として回折光学素子１１ａに入射する。回折光学素子１１ａにおける特定の方向はＸ軸方向であるため、この光は回折光学素子１１ａにおいて０次光及び±１次回折光の三つの光に分割され、Ｙ軸方向の直線偏光として回折光学素子１１ｂに入射する。回折光学素子１１ｂにおける特定の方向はＹ軸方向であるため、これらの光は回折光学素子１１ｂを透過し、Ｙ軸方向の直線偏光として可変波長板１２ｂに入射する。これらの光が液晶光学素子を透過すると、液晶分子に平行な方向の偏光成分とそれに直交する方向の偏光成分との間に位相差が生じる。この位相差は１８０°に設定されているため、液晶光学素子を透過した光は偏光方向が９０°変化する。すなわち、可変波長板１２ｂからの出射光はＸ軸方向の直線偏光として偏光ビームスプリッタ４へ向かう。【００６８】
一方、液晶光学素子に電圧を印加する場合、液晶分子はＺ軸方向に配向している。半導体レーザ１からの出射光は、Ｘ軸方向の直線偏光として可変波長板１２ａに入射する。この光が液晶光学素子を透過しても位相差は生じないため、液晶光学素子を透過した光は偏光方向が変化しない。すなわち、可変波長板１２ａからの出射光はＸ軸方向の直線偏光として回折光学素子１１ａに入射する。回折光学素子１１ａにおける特定の方向はＸ軸方向であるため、この光は回折光学素子１１ａを透過し、Ｘ軸方向の直線偏光として回折光学素子１１ｂに入射する。回折光学素子１１ｂにおける特定の方向はＹ軸方向であるため、この光は回折光学素子１１ｂにおいて０次光及び±１次回折光の三つの光に分割され、Ｘ軸方向の直線偏光として可変波長板１２ｂに入射する。これらの光が液晶光学素子を透過しても位相差は生じないため、液晶光学素子を透過した光は偏光方向が変化しない。すなわち、可変波長板１２ｂからの出射光はＸ軸方向の直線偏光として偏光ビームスプリッタ４へ向かう。【００６９】
すなわち、半導体レーザ１からの出射光は、回折光学素子１１ａ，１１ｂにより、メインビームである一つの光及びサブビームである二つの光の合計三つの光に分割される。液晶光学素子に電圧を印加しない場合、メインビームは回折光学素子１１ａ，１１ｂからの０次光であり、サブビームは回折光学素子１１ａからの±１次回折光かつ回折光学素子１１ｂからの０次光である。一方、液晶光学素子に電圧を印加する場合、メインビームは回折光学素子１１ａ，１１ｂからの０次光であり、サブビームは回折光学素子１１ａからの０次光かつ回折光学素子１１ｂからの±１次回折光である。【００７０】
図１１［１］は回折光学素子１１ａの平面図である。回折光学素子１１ａは、図中に点線で示す対物レンズ６の有効径６ａを含む全面に、入射光の光軸を通りディスク７の接線方向に平行な直線によって、領域１４ａ，１４ｂの二つに分割された回折格子が形成された構成である。回折格子における格子の方向はいずれもディスク７の半径方向に平行であり、格子のパタンはいずれも等間隔の直線状である。領域１４ａ，１４ｂにおける格子の間隔は等しい。【００７１】
図１１［２］は回折光学素子１１ｂの平面図である。回折光学素子１１ｂは、図中に点線で示す対物レンズ６の有効径６ａを含む全面に、入射光の光軸に関して対称でディスク７の接線方向に平行な三つの直線によって、領域１４ｃ〜１４ｆの四つに分割された回折格子が形成された構成である。回折格子における格子の方向はいずれもディスク７の半径方向に平行であり、格子のパタンはいずれも等間隔の直線状である。領域１４ｃ〜１４ｆにおける格子の間隔は等しい。ここで、半導体レーザ１の波長をλ、対物レンズ６の開口数をＮＡ、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合の当該溝のピッチをＴｐ２とすると、対物レンズ６の有効径６ａに対する領域１４ｃ，１４ｄの幅の比はいずれもλ／（２・ＮＡ・Ｔｐ２）である。【００７２】
可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する液晶光学素子に電圧を印加しない場合、例えば、回折光学素子１１ａに入射した光は０次光として約８７．３％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。これに対し、回折光学素子１１ｂに入射した光はほぼ１００％が透過する。領域１４ａからの±１次回折光と領域１４ｂからの±１次回折光とは位相が互いに１８０°ずれている。その結果、メインビーム、サブビームは位相分布が相互に異なる。このときのサブビームの位相分布を第一の位相分布とする。【００７３】
一方、可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する液晶光学素子に電圧を印加する場合、例えば、回折光学素子１１ｂに入射した光は０次光として約８７．３％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。これに対し、回折光学素子１１ａに入射した光はほぼ１００％が透過する。領域１４ｃ，１４ｆからの±１次回折光と領域１４ｄ、１４ｅからの±１次回折光とは位相が互いに１８０°ずれている。その結果、メインビーム、サブビームは位相分布が相互に異なる。このときのサブビームの位相分布を第二の位相分布とする。【００７４】
図１２にディスク７上の集光スポットの配置を示す。図１２［１］はディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合、図１２［２］はディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合を表わしている。【００７５】
ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合は、可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する液晶光学素子に電圧を印加しない。このとき、集光スポット２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、それぞれ回折光学素子１１ａ，１１ｂからの０次光、回折光学素子１１ａからの＋１次回折光かつ回折光学素子１１ｂからの０次光、回折光学素子１１ａからの−１次回折光かつ回折光学素子１１ｂからの０次光に相当する。集光スポット２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、グルーブである同一のトラック２０ａ上に配置されている。サブビームである集光スポット２２ｂ，２２ｃは、ディスク７の半径方向の左側及び右側に強度が等しい二つのピークを持つ。【００７６】
ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合は、可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する液晶光学素子に電圧を印加する。このとき、集光スポット２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、それぞれ回折光学素子１１ａ，１１ｂからの０次光、回折光学素子１１ａからの０次光かつ回折光学素子１１ｂからの＋１次回折光、回折光学素子１１ａからの０次光かつ回折光学素子１１ｂからの−１次回折光に相当する。集光スポット２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、ランド又はグルーブである同一のトラック２０ｂ上に配置されている。サブビームである集光スポット２２ｂ，２２ｃは、ディスク７の半径方向の左側及び右側に強度が等しい二つのピークを持つ。【００７７】
図１３に、光検出器１０ｂの受光部のパタンと光検出器１０ｂ上の光スポットの配置とを示す。光スポット２６ａは、回折光学素子１１ａ，１１ｂからの０次光に相当し、光軸を通るディスク７の接線方向に平行な分割線及び半径方向に平行な分割線によって四つに分割された受光部２５ａ〜２５ｄで受光される。光スポット２６ｂは、可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する液晶光学素子に電圧を印加しない場合は回折光学素子１１ａからの＋１次回折光かつ回折光学素子１１ｂからの０次光、電圧を印加する場合は回折光学素子１１ａからの０次光かつ回折光学素子１１ｂからの＋１次回折光に相当し、光軸を通るディスク７の半径方向に平行な分割線によって二つに分割された受光部２５ｅ，２５ｆで受光される。光スポット２６ｃは、可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する液晶光学素子に電圧を印加しない場合は回折光学素子１１ａからの−１次回折光かつ回折光学素子１１ｂからの０次光、電圧を印加する場合は回折光学素子１１ａからの０次光かつ回折光学素子１１ｂからの−１次回折光に相当し、光軸を通るディスク７の半径方向に平行な分割線によって二つに分割された受光部２５ｇ，２５ｈで受光される。光スポット２６ａ〜２６ｃは、円筒レンズ８及び凸レンズ９の作用により、ディスク７の接線方向の強度分布と半径方向の強度分布とが互いに入れ替わっている。【００７８】
受光部２５ａ〜２５ｈからの出力をそれぞれＶ２５ａ〜Ｖ２５ｈで表わすと、フォーカス誤差信号は非点収差法によって（Ｖ２５ａ＋Ｖ２５ｄ）−（Ｖ２５ｂ＋Ｖ２５ｃ）の演算から得られる。メインビームによるプッシュプル信号は（Ｖ２５ａ＋Ｖ２５ｂ）−（Ｖ２５ｃ＋Ｖ２５ｄ）、サブビームによるプッシュプル信号は（Ｖ２５ｅ＋Ｖ２５ｇ）−（Ｖ２５ｆ＋Ｖ２５ｈ）で与えられる。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との差をトラック誤差信号とし、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との和をレンズ位置信号とする。ディスク７に記録されたＲＦ信号は（Ｖ２５ａ＋Ｖ２５ｂ＋Ｖ２５ｃ＋Ｖ２５ｄ）の演算から得られる。【００７９】
本実施形態におけるトラック誤差信号及びレンズ位置信号の検出に関わる各種のプッシュプル信号は、図５に示すものと同じである。本実施形態では、第一実施形態と同様に、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じず、かつレンズ位置信号に溝横断雑音を生じない。【００８０】
本実施形態における、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合の、ディスク７で反射したサブビーム及びディスク７で回折されたサブビームの位相分布（第一の位相分布）は、図６［１］に示すものと同じである。本実施形態では、第一実施形態と同様に、第一の位相分布を有するサブビームによるプッシュプル信号は、メインビームによるプッシュプル信号に対して極性が反転する。また、本実施形態における、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合の、ディスク７で反射したサブビーム及びディスク７で回折されたサブビームの位相分布（第二の位相分布）は、図６［２］に示すものと同じである。本実施形態では、第一実施形態と同様に、第二の位相分布を有するサブビームによるプッシュプル信号は、メインビームによるプッシュプル信号に対して極性が反転する。【００８１】
本実施形態では、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合は、サブビームの位相分布を第一の位相分布とするとともに、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との差をトラック誤差信号とし、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との和をレンズ位置信号とする。また、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合は、サブビームの位相分布を第二の位相分布とするとともに、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との差をトラック誤差信号とし、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との和をレンズ位置信号とする。【００８２】
ここで、第一の位相分布は、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合に、サブビームによるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号との極性が逆になるように設定されている。また、第二の位相分布は、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式のディスクである場合に、サブビームによるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号との極性が逆になるように設定されている。これにより、溝のピッチが異なる二種類のディスクの両方に対し、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じず、かつレンズ位置信号に溝横断雑音を生じない。更に、メインビームである一つの集光スポット及びサブビームである二つの集光スポットは、ディスク７の同一のトラック上に配置されている。これにより、二層のディスクの連続記録中にトラック誤差信号にオフセットが生じず、かつディスクの偏芯に伴いトラック誤差信号の振幅が大きく変化しない。【００８３】
本実施形態では、可変波長板１２ａ，１２ｂとして液晶分子を有する液晶光学素子を用いたが、可変波長板１２ａ，１２ｂとしてＺ軸の周りに回転する回転機構を有する１／２波長板を用いることも可能である。【００８４】
このとき、１／２波長板を回転させない場合、１／２波長板の光学軸はＸ−Ｙ平面内でＸ軸及びＹ軸に対して４５°の方向に平行である。半導体レーザ１からの出射光は、Ｘ軸方向の直線偏光として可変波長板１２ａに入射する。この光が１／２波長板を透過すると、光学軸に平行な方向の偏光成分とそれに直交する方向の偏光成分との間に位相差が生じる。この位相差は１８０°に設定されているため、１／２波長板を透過した光は偏光方向が９０°変化する。すなわち、可変波長板１２ａからの出射光は、Ｙ軸方向の直線偏光として回折光学素子１１ａに入射する。回折光学素子１１ａにおける特定の方向はＸ軸方向であるため、この光は回折光学素子１１ａにおいて０次光及び±１次回折光の三つの光に分割され、Ｙ軸方向の直線偏光として回折光学素子１１ｂに入射する。回折光学素子１１ｂにおける特定の方向はＹ軸方向であるため、これらの光は回折光学素子１１ｂを透過し、Ｙ軸方向の直線偏光として可変波長板１２ｂに入射する。これらの光が１／２波長板を透過すると、光学軸に平行な方向の偏光成分とそれに直交する方向の偏光成分との間に位相差が生じる。この位相差は１８０°に設定されているため、１／２波長板を透過した光は偏光方向が９０°変化する。すなわち、可変波長板１２ｂからの出射光は、Ｘ軸方向の直線偏光として偏光ビームスプリッタ４へ向かう。【００８５】
一方、１／２波長板を４５°回転させる場合、１／２波長板の光学軸はＸ−Ｙ平面内でＸ軸方向又はＹ軸方向に平行である。半導体レーザ１からの出射光は、Ｘ軸方向の直線偏光として可変波長板１２ａに入射する。この光が１／２波長板を透過しても位相差は生じないため、１／２波長板を透過した光は偏光方向が変化しない。すなわち、可変波長板１２ａからの出射光は、Ｘ軸方向の直線偏光として回折光学素子１１ａに入射する。回折光学素子１１ａにおける特定の方向はＸ軸方向であるため、この光は回折光学素子１１ａを透過し、Ｘ軸方向の直線偏光として回折光学素子１１ｂに入射する。回折光学素子１１ｂにおける特定の方向はＹ軸方向であるため、この光は回折光学素子１１ｂにおいて０次光及び±１次回折光の三つの光に分割され、Ｘ軸方向の直線偏光として可変波長板１２ｂに入射する。これらの光が１／２波長板を透過しても位相差は生じないため、１／２波長板を透過した光は偏光方向が変化しない。すなわち、可変波長板１２ｂからの出射光は、Ｘ軸方向の直線偏光として偏光ビームスプリッタ４へ向かう。【００８６】
図１４は回折光学素子１１ａ，１１ｂの断面図である。回折光学素子１１ａ，１１ｂは、基板１７ａ，１７ｂの間に複屈折性を有する液晶高分子１８及び充填剤１９が挟まれた構成である。液晶高分子１８の断面形状は、図１４［１］では幅Ｐ／２のライン部、幅Ｐ／２のスペース部の繰り返し、図１４［２］では幅Ｐ／２のスペース部、幅Ｐ／２のライン部の繰り返しである。すなわち、格子の間隔はいずれもＰである。ライン部とスペース部の高さの差はいずれもＨ２である。【００８７】
ここで、半導体レーザ１の波長をλ、液晶高分子１８の常光に対する屈折率と充填剤１９の屈折率との差をΔｎｏ、液晶高分子１８の異常光に対する屈折率と充填剤１９の屈折率との差をΔｎｅ、回折光学素子１１ａ，１１ｂの常光に対する透過率及び±１次回折効率をそれぞれηｏ０，ηｏ１、回折光学素子１１ａ，１１ｂの異常光に対する透過率及び±１次回折効率をそれぞれηｅ０，ηｅ１とすると、次式（５）〜（１０）が成り立つ。【００８８】
ηｏ０＝cos2（φｏ／２）  ・・・（５）
ηｏ１＝（２／π）2sin2（φｏ／２）  ・・・（６）
φｏ＝４πΔｎｏＨ２／λ  ・・・（７）
ηｅ０＝cos2（φｅ／２）  ・・・（８）
ηｅ１＝（２／π）2sin2（φｅ／２）  ・・・（９）
φｅ＝４πΔｎｅＨ２／λ  ・・・（１０）【００８９】
例えば、常光と同じ方向の偏光成分に対しては、φｏ＝０とするとηｏ０＝１、ηｏ１＝０となる。すなわち、回折光学素子１１ａ，１１ｂに入射した光は０次光としてほぼ１００％が透過する。また、異常光と同じ方向の偏光成分に対しては、φｅ＝０．１９４πとするとηｅ０＝０．９１０、ηｅ１＝０．０３６となる。すなわち、回折光学素子１１ａ，１１ｂに入射した光は、０次光として約９１．０％が透過し、±１次回折光としてそれぞれ約３．６％が回折される。【００９０】
回折光学素子１１ａの領域１４ａ，１４ｂにおける液晶高分子１８の断面形状をそれぞれ図１４［１］［２］に示すように設定すると、領域１４ａからの±１次回折光と領域１４ｂからの±１次回折光とは位相が互いに１８０°ずれる。また、回折光学素子１１ｂの領域１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆにおける液晶高分子１８の断面形状をそれぞれ図１４［１］［２］［２］［１］に示すように設定すると、領域１４ｃ，１４ｆからの±１次回折光と領域１４ｄ，１４ｅからの±１次回折光とは位相が互いに１８０°ずれる。【００９１】
本発明に係る光ヘッド装置の第四実施形態は、第三実施形態における回折光学素子１１ａ，１１ｂをそれぞれ図１５に示す回折光学素子１１ｃ，１１ｄに置き換えたものである。回折光学素子１１ｃ，１１ｄは、入射光のうち特定の方向の偏光成分を透過させ、それに直交する方向の偏光成分を０次光及び±１次回折光の三つの光に分割する働きをする。【００９２】
図１５［１］は回折光学素子１１ｃの平面図である。回折光学素子１１ｃは、図中に点線で示す対物レンズ６の有効径６ａを含む全面に、入射光の光軸に関して対称でディスク７の接線方向に平行な二つの直線によって、領域１４ｇ〜１４ｉの三つに分割された回折格子が形成された構成である。回折格子における格子の方向はいずれもディスク７の半径方向に平行であり、格子のパタンはいずれも等間隔の直線状である。領域１４ｇ〜１４ｉにおける格子の間隔は等しい。ここで、半導体レーザ１の波長をλ、対物レンズ６の開口数をＮＡ、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合の当該溝のピッチをＴｐ１とすると、対物レンズ６の有効径６ａに対する領域１４ｇの幅の比はλ／（２・ＮＡ・Ｔｐ１）である。【００９３】
図１５［２］は回折光学素子１１ｄの平面図である。回折光学素子１１ｄは、図中に点線で示す対物レンズ６の有効径６ａを含む全面に、入射光の光軸に関して対称でディスク７の接線方向に平行な二つの直線によって、領域１４ｊ〜１４ｌの三つに分割された回折格子が形成された構成である。回折格子における格子の方向はいずれもディスク７の半径方向に平行であり、格子のパタンはいずれも等間隔の直線状である。領域１４ｊ〜１４ｌにおける格子の間隔は等しい。ここで、半導体レーザ１の波長をλ、対物レンズ６の開口数をＮＡ、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合の当該溝のピッチをＴｐ２とすると、対物レンズ６の有効径６ａに対する領域１４ｊの幅の比はλ／（２・ＮＡ・Ｔｐ２）である。【００９４】
可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する液晶光学素子に電圧を印加しない場合、例えば、回折光学素子１１ｃに入射した光は、０次光として約８７．３％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。これに対し、回折光学素子１１ｄに入射した光はほぼ１００％が透過する。領域１４ｇからの±１次回折光と領域１４ｈ，１４ｉからの±１次回折光とは、位相が互いに１８０°ずれている。その結果、メインビーム及びサブビームは位相分布が相互に異なる。このときのサブビームの位相分布を第一の位相分布とする。【００９５】
一方、可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する液晶光学素子に電圧を印加する場合、例えば、回折光学素子１１ｄに入射した光は、０次光として約８７．３％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。これに対し、回折光学素子１１ｃに入射した光はほぼ１００％が透過する。領域１４ｊからの±１次回折光と領域１４ｋ，１４ｌからの±１次回折光とは位相が互いに１８０°ずれている。その結果、メインビーム及びサブビームは位相分布が相互に異なる。このときのサブビームの位相分布を第二の位相分布とする。【００９６】
本実施形態におけるディスク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。本実施形態では、第三実施形態と同様に、メインビームである一つの集光スポット及びサブビームである二つの集光スポットは、ディスク７の同一のトラック上に配置されている。【００９７】
本実施形態における光検出器１０ｂの受光部のパタンと光検出器１０ｂ上の光スポットの配置とは、図１３に示すものと同じである。本実施形態では、第三実施形態と同様に、フォーカス誤差信号、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、及びディスク７に記録されたＲＦ信号が得られる。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との差をトラック誤差信号とし、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との和をレンズ位置信号とする。【００９８】
本実施形態におけるトラック誤差信号及びレンズ位置信号の検出に関わる各種のプッシュプル信号は、図５に示すものと同じである。本実施形態では、第三実施形態と同様に、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じず、かつレンズ位置信号に溝横断雑音を生じない。【００９９】
本実施形態における、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合の、ディスク７で反射したサブビーム及びディスク７で回折されたサブビームの位相分布（第一の位相分布）は、図９［１］に示すものと同じである。本実施形態では、第二実施形態と同様に、第一の位相分布を有するサブビームによるプッシュプル信号は、メインビームによるプッシュプル信号に対して極性が反転する。また、本実施形態における、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合の、ディスク７で反射したサブビーム及びディスク７で回折されたサブビームの位相分布（第二の位相分布）は、図９［２］に示すものと同じである。本実施形態では、第二実施形態と同様に、第二の位相分布を有するサブビームによるプッシュプル信号は、メインビームによるプッシュプル信号に対して極性が反転する。【０１００】
本実施形態では、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合は、サブビームの位相分布を第一の位相分布とするとともに、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との差をトラック誤差信号とし、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との和をレンズ位置信号とする。また、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合は、サブビームの位相分布を第二の位相分布とするとともに、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との差をトラック誤差信号とし、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との和をレンズ位置信号とする。【０１０１】
ここで、第一の位相分布は、ディスク７が溝のピッチの狭いグルーブ記録方式である場合に、サブビームによるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号との極性が逆になるように設定されている。また、第二の位相分布は、ディスク７が溝のピッチの広いランド／グルーブ記録方式である場合に、サブビームによるプッシュプル信号とメインビームによるプッシュプル信号との極性が逆になるように設定されている。これにより、溝のピッチが異なる二種類のディスクの両方に対し、トラック誤差信号にレンズシフトによるオフセットを生じず、かつレンズ位置信号に溝横断雑音を生じない。更に、メインビームである一つの集光スポット及びサブビームである二つの集光スポットは、ディスク７の同一のトラック上に配置されている。これにより、二層のディスクの連続記録中にトラック誤差信号にオフセットが生じず、かつディスクの偏芯に伴いトラック誤差信号の振幅が大きく変化しない。【０１０２】
本実施形態における回折光学素子１１ｃ，１１ｄの断面図は図１４に示すものと同じである。回折光学素子１１ｃの領域１４ｇ，１４ｈ，１４ｉにおける液晶高分子１８の断面形状をそれぞれ図１４［２］［１］［１］に示すように設定すると、領域１４ｇからの±１次回折光と領域１４ｈ，１４ｉからの±１次回折光とは位相が互いに１８０°ずれる。また、回折光学素子１１ｄの領域１４ｊ，１４ｋ，１４ｌにおける液晶高分子１８の断面形状をそれぞれ図１４［２］［１］［１］に示すように設定すると、領域１４ｊからの±１次回折光と領域１４ｋ，１４ｌからの±１次回折光とは位相が互いに１８０°ずれる。【０１０３】
なお、第三実施形態における第一の位相分布と第二の位相分布とは互いに逆でもよい。また、第四実施形態における第一の位相分布と第二の位相分布とは互いに逆でもよい。更に、第三実施形態における第一の位相分布と第四実施形態における第一の位相分布とを互いに入れ替えた実施形態も可能である。また、第三実施形態における第二の位相分布と第四実施形態における第二の位相分布とを互いに入れ替えた実施形態も可能である。【０１０４】
図１６に、本発明に係る光学式情報記録再生装置の第一実施形態を示す。本実施形態は、図１に示す本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態に、演算回路３２及び駆動回路３３（３３ａ，３３ｂ）を付加したものである。演算回路３２は、光検出器１０ａの各受光部からの出力に基づいてトラック誤差信号及びレンズ位置信号を演算する。光ヘッド装置がディスク７に対してトラックフォロー動作を行う際には、駆動回路３３ａは、トラック誤差信号が０になるように、図中の点線で囲まれた対物レンズ６を図示しないアクチュエータによりディスク７のトラックに追従させ、駆動回路３３ｂは、レンズ位置信号が０になるように、図中の点線で囲まれた対物レンズ６を除く光ヘッド装置全体を図示しないモータにより対物レンズ６に追従させる。また、光ヘッド装置がディスク７に対してシーク動作を行う際には、駆動回路３３ａは、レンズ位置信号が０になるように、図中の点線で囲まれた対物レンズ６を図示しないアクチュエータにより対物レンズ６を除く光ヘッド装置全体に追従させる。【０１０５】
なお、本発明に係る光学式情報記録再生装置の他の実施形態としては、本発明に係る光ヘッド装置の第二〜第四実施形態に演算回路及び駆動回路を付加した形態も考えられる。この場合、本発明に係る光ヘッド装置の第三又は第四実施形態に演算回路及び駆動回路を付加した形態では、可変波長板１２ａ，１２ｂを制御する制御回路（制御手段）が更に付加される。可変波長板１２ａ，１２ｂが液晶分子を有する液晶光学素子である場合、この制御回路は、ディスク７の溝のピッチが狭いときは可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する液晶光学素子に電圧を印加せず、ディスク７の溝のピッチが広いときは可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する液晶光学素子に電圧を印加する。また、可変波長板１２ａ，１２ｂがＺ軸の周りに回転する回転機構を有する１／２波長板である場合、この制御回路は、ディスク７の溝のピッチが狭いときは可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する１／２波長板を回転させず、ディスク７の溝のピッチが広いときは可変波長板１２ａ，１２ｂを構成する１／２波長板を４５°回転させる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態における回折光学素子を示す平面図である。
【図３】本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態におけるディスク上の集光スポットの配置を示す平面図である。
【図４】本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態における、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とを示す平面図である。
【図５】本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態における、トラック誤差信号及びレンズ位置信号に関わる各種のプッシュプル信号を示す波形図である。
【図６】本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態における、ディスクで反射したサブビーム及びディスクで回折されたサブビームの位相分布を示す図である。
【図７】本発明に係る光ヘッド装置の第一実施形態における回折光学素子を示す断面図である。
【図８】本発明に係る光ヘッド装置の第二実施形態における回折光学素子を示す平面図である。
【図９】本発明に係る光ヘッド装置の第二実施形態における、ディスクで反射したサブビーム及びディスクで回折されたサブビームの位相分布を示す図である。
【図１０】本発明に係る光ヘッド装置の第三実施形態を示す構成図である。
【図１１】本発明に係る光ヘッド装置の第三実施形態における回折光学素子を示す平面図である。
【図１２】本発明に係る光ヘッド装置の第三実施形態におけるディスク上の集光スポットの配置を示す平面図である。
【図１３】本発明に係る光ヘッド装置の第三実施形態における、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とを示す平面図である。
【図１４】本発明に係る光ヘッド装置の第三実施形態における回折光学素子を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る光ヘッド装置の第四実施形態における回折光学素子を示す平面図である。
【図１６】本発明に係る光学式情報記録再生装置の第一実施形態を示す構成図である。
【図１７】従来の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平面図である。
【図１８】従来の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１９】従来の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２０】従来の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平面図である。
【図２１】従来の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平面図である。
【図２２】従来の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平面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  半導体レーザ（光源）
２  コリメータレンズ
３ａ，３ｂ  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（光記録媒体）
８  円筒レンズ
９  凸レンズ
１０ａ，１０ｂ  光検出器
１１ａ〜１１ｄ  回折光学素子
１２ａ，１２ｂ  可変波長板
１３ａ〜１３ｉ  領域
１４ａ〜１４ｌ  領域
１５  基板
１６  誘電体
１７ａ，１７ｂ  基板
１８  液晶高分子
１９  充填剤
２０ａ，２０ｂ  トラック
２１ａ〜２１ｅ  集光スポット
２２ａ〜２２ｃ  集光スポット
２３ａ〜２３ｌ  受光部
２４ａ〜２４ｅ  光スポット
２５ａ〜２５ｈ  受光部
２６ａ〜２６ｃ  光スポット
２７ａ〜２７ｇ  プッシュプル信号
２８ａ〜２８ｆ  領域
２９ａ〜２９ｌ  領域
３０ａ〜３０ｉ  領域
３１ａ〜３１ｉ  領域
３２  演算回路（演算手段）
３３ａ，３３ｂ  駆動回路
３４ａ〜３４ｅ  回折光学素子
３５ａ〜３５ｅ  領域
３６ａ〜３６ｅ  集光スポット
３７ａ〜３７ｅ  集光スポット
３８ａ〜３８ｃ  集光スポット
３９ａ〜３９ｃ  トラック
４０ａ〜４０ｃ  集光スポット
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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