(57)【要約】多層光ディスクの非再生層からの反射光による干渉の影響を低減し、良好なサーボ信号や再生信号を得ることが可能な光学ヘッドを提供する。  光学ヘッドは、光源からの光を第１または第２記録層に集光する第１光学系と、光が第１記録層に集光されているときに第１記録層で反射された反射光および第２記録層で反射された迷光を受けて透過する第２光学系と、受光素子と、演算部とを有する。受光素子の各受光領域は、第２光学系を介して入射した光の光量に応じた信号を出力する。第２光学系に入射した反射光および迷光は互いに干渉しており、受光素子の第１および第２受光領域群は干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含むように配置される。演算部は第１受光領域群から出力される第１信号群の和および第２受光領域群から出力される第２信号群の和を差動演算してフォーカスエラー信号を生成する。
2007043663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１記録層および第２記録層を含む複数の記録層を備えた光ディスクに対して、記録および再生の少なくとも一方を行う光学ヘッドであって、
光源と、
前記光源からの光を前記第１記録層および前記第２記録層のいずれか一方に集光する第１光学系と、
前記光が前記第１記録層に集光されているときに、前記第１記録層で反射された反射光および前記第２記録層で反射された迷光を受けて透過する第２光学系と、
複数の受光領域を有する受光素子であって、各受光領域は、前記第２光学系を介して入射した光の光量に応じた信号を出力する受光素子と、
前記複数の受光領域のうちの第１受光領域群から出力される第１信号群の和および第２受光領域群から出力される第２信号群の和を差動演算してフォーカスエラー信号を生成する演算部と
を有し、前記第２光学系に入射した前記反射光および前記迷光は互いに干渉しており、第１受光領域群および前記第２受光領域群は、干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含むように配置されている、光学ヘッド。
【請求項２】
前記第２光学系は非点収差素子を有しており、
前記非点収差素子は、前記反射光および前記迷光に対して、前記受光素子の受光面上の所定の方向に非点収差を与え、
前記複数の受光領域は前記所定の方向に関して非対称に配置されており、
前記第１受光領域群は前記所定の方向に配置された少なくとも２つの受光領域によって構成され、前記第２受光領域群は前記所定の方向と直角な方向に配置された少なくとも２つの受光領域によって構成されている、請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記第２光学系は偏光変換素子を有しており、
前記偏光変換素子は、前記反射光および前記迷光が透過する複数の領域を有しており、互いに隣接する２つの領域は、透過する光を異なる偏光方向に変換する光学的特性を有する、請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記第２光学系はさらに非点収差素子を有しており、
前記非点収差素子は、前記反射光および前記迷光に対して、前記受光素子の受光面上の所定の方向に非点収差を与え、
前記複数の領域は、前記所定の方向に関して対称な複数の分割線を有するように配置されている、請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記複数の分割線の各々は光軸と交わるように構成されている、請求項４に記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記複数の領域は、透過する光の偏光方向が互いに直交する少なくとも２つの領域と、前記少なくとも２つの領域に挟まれた領域とを含んでおり、前記挟まれた領域は透過する光の偏光方向を連続的に変化させるように構成されている、請求項４に記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記互いに隣接する２つの領域は、光軸を中心とした円環状に配置されている、請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記複数の領域は、透過する光を任意の偏光方向に変換する光学的特性を有する、請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項９】
前記第２光学系は干渉抑制素子を有しており、
前記干渉抑制素子は、前記反射光および前記迷光の光軸を含む中心部分を透過する第１光路と、前記中心部分の外側の周辺部分を透過する第２光路とを有しており、前記第１光路の光路長と前記第２光路の光路長とが異なる、請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
前記干渉抑制素子は、前記反射光および前記迷光が入射する面に光学的な段差を有しており、前記段差に起因して前記第１光路の光路長と前記第２光路の光路長とが異なる、請求項９に記載の光学ヘッド。
【請求項１１】
前記第２光学系は光分岐素子を有しており、
前記光分岐素子は、前記反射光および前記迷光の光軸を含む中心部分を少なくとも２つの光束に分岐し、
前記第１受光領域群および前記第２受光領域群は、前記少なくとも２つの光束のそれぞれを受光して、前記第１信号群および前記第２信号群をそれぞれ出力する、請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の光学ヘッドと、
光ディスクを回転させるモータと、
前記光学ヘッドおよび前記モータを制御する制御部と
を備え、前記制御部は、前記光学ヘッドから出力される前記フォーカスエラー信号に基づいて、前記光が継続して前記光ディスクの第１記録層に集光されるように前記光学ヘッドを制御する、光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光ディスクまたは光カードなどの光記録媒体上に情報を記録し、記録された情報を再生しまたは消去するための装置に関する。【０００２】  本発明は特に、複数の情報記録層を有する光ディスクに対して、正確な記録動作および／または再生動作が可能な光学ヘッドおよび光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００３】  近年、光ディスクには大容量の情報を表す信号を高密度で記録できるため、オーディオ、ビデオ、コンピュータ等の多くの分野において利用が進められている。そして、さらなる記録容量の増加が望まれており、現在までに様々な検討がなされている。記録容量を増加する方法のひとつとして、情報記録層を複数設ける技術が開発されている。【０００４】  しかし、このような多層光ディスクには、再生を行う所望の記録層（以後、再生層）からの反射光に、再生層以外の記録層（以後、非再生層）からの反射光が混入し、サーボ制御が不安定になるという課題がある。【０００５】  例えば、多層光ディスクの情報記録層の間隔が、フォーカスエラー信号（以後、ＦＥ信号）のＳ字曲線の最大および最小のピーク振幅間のフォーカスずれ量（以後、Ｓ字間隔）と比較的近い場合には、再生層で反射した光から得られるＳ字曲線の信号と非再生層で反射した光によるＳ字曲線の信号とが重なる。すなわち、ＦＥ信号には非再生層からの反射光の影響が含まれることになる。その結果、対物レンズの制御が正確に行われず、所望の記録層に光スポットが集光できなくなることがある。【０００６】  このとき、多層光ディスクの層間隔に対してＳ字間隔を十分狭くすると、上述の課題はある程度解決されるが、光の焦点をフォーカス制御可能な状態まで再生層近傍まで移動させることが困難になる。さらに記録再生時に振動などの外乱によりフォーカスサーボが外れやすくなるという新たな課題が生じる。また、Ｓ字間隔をある程度確保し、層間隔を広げると光ディスク表面から最も奥の記録層までの厚さが厚くなり、開口数（ＮＡ）が大きな対物レンズを使用する光学ヘッドでは球面収差が増大してしまう。【０００７】  このような課題を解決するため、特許文献１は、非点収差法によるＳ字間隔の狭いＦＥ信号とＳＳＤ法（スポットサイズ検出法）によるＳ字間隔の広いＦＥ信号を検出して利用する技術を開示している。具体的には、特許文献１の光ディスク装置は、ＳＳＤ法によるＳ字間隔の広いＦＥ信号を用いることにより、光の焦点をフォーカス制御可能な状態まで安定して再生層近傍まで移動させる。その後、非再生層の影響を受け難いＳ字間隔の狭いＦＥ信号を用いて、それぞれの層でフォーカスサーボを行う。
【特許文献１】特開２００２−１９０１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  しかしながら、特許文献１に示される光学ヘッドは、再生層反射光と非再生層反射光との干渉の影響を考慮していないという課題がある。【０００９】  多層光ディスクにレーザ光を照射すると、再生層反射光と非再生層反射光とが光学ヘッドの受光素子上で干渉して明暗の分布を形成する。したがって、受光素子上で光束を分割してＦＥ信号を検出すると、そのＦＥ信号には不要な迷光に起因するオフセットが重畳される。これでは精度の高いフォーカスサーボが実現できない。【００１０】  また、光ディスクの各記録層の層間隔は面内でばらつきがあり、光ディスクを回転させると、反射経路の光学長が変化するため、再生層反射光と非再生層反射光の位相差が変動して受光素子上の明暗分布を変動させる。したがって、この干渉により発生したオフセットは光ディスクの回転により変動するため、著しくサーボが不安定になる。【００１１】  以下、図面を参照しながら従来技術の課題を説明する。【００１２】  図６８は一般的な光学ヘッド５１の構成を示す。以下、光学ヘッド５１において、多層光ディスク５２から情報を再生する際の光の経路を説明する。【００１３】  光学ヘッド５１の半導体レーザ５３から出射された光は、偏光ビームスプリッタ５４、１／４波長板５５、コリメートレンズ５６、ミラー５７、対物レンズ５８を経由して、多層光ディスク５２の所望の記録面に集光される。多層光ディスク５２で反射した光は、再び対物レンズ５８、ミラー５７、コリメートレンズ５６、１／４波長板５５を経由し、偏光ビームスプリッタ５４に入射する。偏光ビームスプリッタ５４で反射された光は非点収差発生素子５９へ導かれ、非点収差を付与された後、ホログラム素子６０により、０次光および±１次光に分岐される。【００１４】  ホログラム素子６０を透過した光を４分割受光素子６１で受光し演算することにより、ＦＥ信号の検出が行われる。このとき、受光素子６１上の受光部には光ディスク５２の再生層からの反射光だけでなく、非再生層からの反射光も同じ経路で入射し、再生層反射光と干渉するため、受光スポットに干渉縞による明暗分布が生じる。これは積層された情報記録層の数が多くなるほど顕著になる。非再生層の各々から１回反射して受光素子に到達する光のみならず、非再生層の各々において複数回反射して受光素子に到達する光も存在するためである。【００１５】  たとえば図６９（ａ）〜（ｅ）は６層光ディスクにおける再生層Ｌ２で反射した光と干渉する光の経路の例を示す。光は図の左上側から入射するとして光の経路を記載している。図６９（ａ）は再生層Ｌ２で反射した光を波線で示し、非再生層Ｌ１、Ｌ３で反射した光を実線で示している。図８（ｂ）〜（ｅ）は３回反射迷光を実線で示し、再生層で反射する光を波線で示している。【００１６】  図６９（ａ）で示した１回反射の迷光は、受光素子上ではデフォーカスした受光スポットとなるが、反射光量は再生層反射光と同等であるため、層間隔が離れていなければ干渉による影響は大きい。【００１７】  一方、図６９（ｂ）〜（ｅ）に示す３回反射迷光の光量は、再生層での反射光に比べれば数％程度であるが、各層間隔の差が近い場合には高い干渉性を持つため、影響は無視できない。��えば、図６９（ｂ）に示すように、Ｌ２層とＬ３層との間隔がＬ３層とＬ４層との間隔と近い場合、３回反射した迷光は再生層反射光とほぼ同一の光路を通るため、干渉の影響を大きく受ける。【００１８】  図７０は受光素子６１上の受光領域６１ａ〜６１ｄと受光スポット７１および７２との関係を示している。受光スポット７１は再生層で反射した光に対応し、受光スポット７２は非再生層で反射した光を示す。【００１９】  受光スポット７１および７２には、受光部の分割線に対して４５度の方向に非点収差が与えられている。例えば、＋４５度方向成分の集光位置は、ホログラム素子６０から見て受光素子６１より手前になるように非点収差が与えられている。また、−４５度方向成分の集光位置は、ホログラム素子６０から見て受光素子６１より奥になるように非点収差が与えられている。その結果、受光スポット７１の位相分布は、＋４５度方向は端に行くほど位相が進み、−４５度方向は端に行くほど位相が遅れる。【００２０】  一方、受光スポット７２は、受光素子６１上ではぼけて広がった光となるため、位相の分布はほぼ一様となる。【００２１】  図７１（Ａ）〜（Ｄ）は、このような位相分布を持つ受光スポット７１と７２が干渉したときの干渉縞の模様を模式的に示す。この図において斜線部は干渉縞であり、受光スポットの他の部分より明るいことを示している。【００２２】  図７１（Ａ）〜（Ｄ）に示す干渉縞の違いは、再生層反射光と非再生層反射光との位相差と対応しており、図７１（Ａ）は再生層反射光の中央付近の位相と非再生層反射光の位相がπ／２程度離れているときの明暗分布を示す。図７１（Ｃ）は中央付近の位相差が比較的小さいときの明暗分布を示す。図７１（Ｂ）および（Ｄ）は再生層反射光の＋４５度方向または−４５度方向の位相と、非再生層からの反射光の位相とが比較的近いときの明暗分布を示す。【００２３】  図７０および図７１において、受光領域６１ａから受光領域６１ｃに向かう方向が光ディスク５２の情報トラックに光学的に対応する方向である。受光領域の参照符号を用いて表現すると、ＦＥ信号は以下の式によって得られる。【００２４】  ＦＥ＝（６１ａ＋６１ｄ）−（６１ｂ＋６１ｃ）【００２５】  以上のような干渉状態においてＦＥ信号の検出を行うと、図７１（Ｂ）の状態では正のオフセットが発生し、反対に図７１（Ｄ）の状態では負のオフセットが生じる。したがって光ディスクを回転させると、光ディスク面内の各記録層の層間隔ばらつきにより再生層反射光と非再生層反射光の位相差が変動する。それに伴い干渉縞が変化してオフセットが変動するために、著しくサーボが不安定になる。【００２６】  ここで干渉により明暗分布が反転する際の層間隔のばらつきの条件を考える。例えば、光源から出射し光軸付近を通過した後、多層光ディスクの再生層で反射する光と、同様に光軸付近を通過し非再生層で反射する光との受光素子上での干渉を考えると、この２つの光路を通る光の位相差は再生層と非再生層との層間隔で決まる。【００２７】  このため、再生層と非再生層との間を往復する光路内に存在する光波の数が１／２個分ずれると位相差がπ／２ずれ、明暗が反転することになる。【００２８】  例えば、光源波長０．４μｍ、再生層と非再生層の間の中間層の屈折率１．６とすると、再生層と非再生層の間隔が０．０６２５μｍずれただけで明暗が逆転することになり、これは光ディスクの面内ばらつきとしては十分起こりうる値である。そのため、光ディスクを回転させると、光ディスク面内の層間隔ばらつきにより干渉縞が変化してＲＦ信号とフォーカスオフセットが変動し、著しくサーボが不安定になる。また、この明暗分布の変動は、受光領域６１ａ〜６１ｄで受光される信号の和信号である再生信号にも直接悪影響を与えるため、良好な再生信号を得ることができなくなる。【００２９】  この現象は、ＮＡ０．８以上の対物レンズや波長４０５ｎｍ付近の光源を用いて記録の高密度化を達成した光学ヘッドにおいては特に顕著な課題となる。【００３０】  なお、上述したホログラム素子６０に複数の領域を設け、領域ごとに回折する光の位相が異なるように構成することによって、フォーカスエラー信号の精度を向上させる方法も提案されている（たとえば特開２００１−２７７１０号公報）。当該ホログラム素子を用いると、受光素子上で複数の位相の光が重なり、異なる位相の多重化により干渉の均一化を図ることが可能である。【００３１】  しかし、そのようなホログラム素子は、回折光同士の干渉の影響を緩和してフォーカスエラー信号のうねりを平均化する機能は有しているに過ぎない。フォーカスエラー信号に加えてトラッキングエラー信号や再生信号の検出を考慮すると、それら全ての信号をホログラム回折光で検出することは一般的に効率が悪い。例えば、一般的なホログラム素子の±１次回折の回折効率が最大各３０％程度だとすると、ホログラム素子に入射する光の６０％程度しか信号検出に使えないことになる。【００３２】  本発明の目的は、多層光ディスクに対して記録再生を行う際に、非再生層からの反射光による干渉の影響を低減し、良好なサーボ信号（フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号）や再生信号を得ることが可能な光学ヘッドを提供することである。併せて本発明の目的は、ホログラム素子透過光に対しても適用可能で、サーボ信号や再生信号等を検出するための光量を十分確保できる光学ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】  本発明による光学ヘッドは、第１記録層および第２記録層を含む複数の記録層を備えた光ディスクに対して、記録および再生の少なくとも一方を行う。前記光学ヘッドは、光源と、前記光源からの光を前記第１記録層および前記第２記録層のいずれか一方に集光する第１光学系と、前記光が前記第１記録層に集光されているときに、前記第１記録層で反射された反射光および前記第２記録層で反射された迷光を受けて透過する第２光学系と、複数の受光領域を有する受光素子であって、各受光領域は、前記第２光学系を介して入射した光の光量に応じた信号を出力する受光素子と、前記複数の受光領域のうちの第１受光領域群から出力される第１信号群の和および第２受光領域群から出力される第２信号群の和を差動演算してフォーカスエラー信号を生成する演算部とを有している。前記第２光学系に入射した前記反射光および前記迷光は互いに干渉しており、第１受光領域群および前記第２受光領域群は、干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含むように配置されている。【００３４】  前記第２光学系は非点収差素子を有し、前記非点収差素子は、前記反射光および前記迷光に対して前記受光素子の受光面上の所定の方向に非点収差を与え、前記複数の受光領域は前記所定の方向に関して非対称に配置され、前記第１受光領域群は前記所定の方向に配置された少なくとも２つの受光領域によって構成され、前記第２受光領域群は前記所定の方向と直角な方向に配置された少なくとも２つの受光領域によって構成されていてもよい。【００３５】  前記第２光学系は偏光変換素子を有し、前記偏光変換素子は前記反射光および前記迷光が透過する複数の領域を有しており、互いに隣接する２つの領域は、透過する光を異なる偏光方向に変換する光学的特性を有していてもよい。【００３６】  前記第２光学系はさらに非点収差素子を有し、前記非点収差素子は、前記反射光および前記迷光に対して前記受光素子の受光面上の所定の方向に非点収差を与え、前記複数の領域は、前記所定の方向に関して対称な複数の分割線を有するように配置されていてもよい。【００３７】  前記複数の分割線の各々は光軸と交わるように構成されていてもよい。【００３８】  前記複数の領域は、透過する光の偏光方向が互いに直交する少なくとも２つの領域と、前記少なくとも２つの領域に挟まれた領域とを含んでおり、前記挟まれた領域は透過する光の偏光方向を連続的に変化させるように構成されていてもよい。【００３９】  前記互いに隣接する２つの領域は、光軸を中心とした円環状に配置されていてもよい。【００４０】  前記複数の領域は、透過する光を任意の偏光方向に変換する光学的特性を有していてもよい。【００４１】  前記第２光学系は干渉抑制素子を有し、前記干渉抑制素子は、前記反射光および前記迷光の光軸を含む中心部分を透過する第１光路と、前記中心部分の外側の周辺部分を透過する第２光路とを有し、前記第１光路の光路長と前記第２光路の光路長とは異なっていてもよい。【００４２】  前記干渉抑制素子は、前記反射光および前記迷光が入射する面に光学的な段差を有し、前記段差に起因して前記第１光路の光路長と前記第２光路の光路長とが異なっていてもよい。【００４３】  前��第２光学系は光分岐素子を有し、前記光分岐素子は、前記反射光および前記迷光の光軸を含む中心部分を少なくとも２つの光束に分岐し、前記第１受光領域群および前記第２受光領域群は、前記少なくとも２つの光束のそれぞれを受光して、前記第１信号群および前記第２信号群をそれぞれ出力してもよい。【００４４】  本発明による光ディスク装置は、上述のいずれかの光学ヘッドと、光ディスクを回転させるモータと、前記光学ヘッドおよび前記モータを制御する制御部とを備えている。前記制御部は、前記光学ヘッドから出力される前記フォーカスエラー信号に基づいて、前記光が継続して前記光ディスクの第１記録層に集光されるように前記光学ヘッドを制御する。
【発明の効果】
【００４５】  本発明の光学ヘッドおよびそのような光学ヘッドを備えた光ディスク装置によれば、多層光ディスクに対して記録再生を行う際に、記録再生を行っている記録層のフォーカスエラー（ＦＥ）信号に、他の記録層での反射光が混入し干渉することにより生じるオフセットを低減するようにした極めて良好な光学ヘッド装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態による光学ヘッド１の構成を示す図である。
【図２】４分割受光素子１１の構成を示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、再生層反射光と非再生層反射光の位相差に応じて変わる受光素子１１上の明暗分布を示す図である。
【図４】他の例による境界線２８および２９の配置を示す図である。
【図５】さらに他の例による境界線３０−１〜３０−４の配置を示す図である。
【図６】実施形態２による４分割受光素子の構成を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、再生層反射光と非再生層反射光の位相差に応じて変わる受光素子１１上の明暗分布を示す図である。
【図８】他の例による受光領域の配置を示す図である。
【図９】図８に示した受光素子の中央の不感帯部分に、直線３１および直線３２で４分割された受光領域１１ｉ〜１１ｌを付加した受光素子を示す図である。
【図１０】受光領域１１ａ〜１１ｄを有する受光素子を示す図である。
【図１１】図９の受光素子の変形例を示す図である。
【図１２】図９の受光素子の変形例を示す図である。
【図１３】実施形態３による光学ヘッド１３０の構成を示す図である。
【図１４】偏光変換素子１３７の構成を示す図である。
【図１５】偏光変換素子１３７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。
【図１６】再生層２ａで反射した光と手前層２ｂで反射した光とが受光素子１３９で受光される時の光路を示す図である。
【図１７】実施形態４による光学ヘッド１７０の構成を示す図である。
【図１８】偏光変換素子１７７の構成を示す図である。
【図１９】偏光変換素子１７７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。
【図２０】再生層２ａで反射した光と奥層２ｃで反射した光が受光素子１３９で受光される時の光路を示す図である。
【図２１】実施形態５による光学ヘッド２１０の構成を示す図である。
【図２２】偏光変換素子２３７の構成を示す図である。
【図２３】偏光変換素子２３７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。
【図２４】再生層２ａ、手前層２ｂおよび奥層２ｃで反射した光が受光素子１３９で受光される時の光路を示す図である。
【図２５】偏光変換素子２３７の各領域を透過し、シリンドリカルレンズ１３８を経た光を受ける受光素子１３９を示す図である。
【図２６】偏光変換素子１３７の他の例を示す図である。
【図２７】偏光変換素子２３７の他の例を示す図である。
【図２８】実施形態６による光学ヘッド２８０の構成を示す図である。
【図２９】偏光選択素子２７７の構成を示す図である。
【図３０】偏光変換素子２３７、シリンドリカルレンズ１３８、偏光選択素子２７７および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。
【図３１】実施形態７による光学ヘッド３１０の構成を示す図である。
【図３２】偏光変換素子３１７の構成を示す図である。
【図３３】受光素子１３９と再生層２ａからの反射光１６との関係を示す図である。
【図３４】受光素子１３９上における再生層２ａの手前層２ｂからの反射光のスポット形状を示す図である。
【図３５】反射光束１６および１７が重なった状態を示す図である。
【図３６】偏光変換素子３１７の他の例を示す図である。
【図３７】偏光変換素子３１７のさらに他の例を示す図である。
【図３８】実施形態８による光学ヘッド３８０の構成を示す図である。
【図３９】実施形態８による干渉抑制素子３２７の構成を示す上面図である。
【図４０】干渉抑制素子３２７の断面図である。
【図４１】受光素子１３９上での再生層２ａからの反射光１６と再生層手前の層２ｂからの反射光１７のスポット形状を示す図である。
【図４２】干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、検出スポットの波面を示す図である。
【図４３】干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、検出スポットの波面を示す図である。
【図４４】干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、受光素子１３９での光量分布を示す図である。
【図４５】干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、受光素子１３９での光量分布を示す図である。
【図４６】実施形態８による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、検出スポットの波面を示す図である。
【図４７】実施形態８による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、検出スポットの波面を示す図である。
【図４８】実施形態８による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、受光素子１３９での光量分布を示す図である。
【図４９】実施形態８による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、受光素子１３９での光量分布を示す図である。
【図５０】矩形形状の段差部５００を有する干渉抑制素子３２７の構成を示す上面図である。
【図５１】矩形形状の段差部５００を有する干渉抑制素子３２７の断面図である。
【図５２】菱形形状の段差部５２０を有する干渉抑制素子３２７の構成を示す上面図である。
【図５３】菱形形状の段差部５２０を有する干渉抑制素子３２７の断面図である。
【図５４】実施形態９による光学ヘッド５４０の構成を示す図である。
【図５５】実施形態９による干渉抑制素子５３７の構成を示す図である。
【図５６】実施形態１０による光学ヘッド５６０の構成を示す図である。
【図５７】受光素子５１１の構成を示す図である。
【図５８】受光素子５１１上の受光領域および受光スポットの関係を示す図である。
【図５９】他の例による受光領域の形状・配置を示す図である。
【図６０】実施形態１１による光学ヘッド６００の構成を示す図である。
【図６１】受光素子６１０の構成を示す図である。
【図６２】受光素子６１０上の受光領域および受光スポットの関係を示す図である。
【図６３】実施形態５による偏光変換素子２３７のさらに他の例を示す図である。
【図６４】実施形態５による偏光変換素子２３７のさらに他の例を示す図である。
【図６５】実施形態７による偏光変換素子３１７のさらに他の例を示す。
【図６６】実施形態７による偏光変換素子３１７のさらに他の例を示す。
【図６７】本発明による光ディスク装置の概略構成を示す図である。
【図６８】一般的な光学ヘッド５１の構成を示す図である。
【図６９】（ａ）〜（ｅ）は６層光ディスクにおける再生層Ｌ２で反射した光と干渉する光の経路の例を示す図である。
【図７０】受光素子６１上の受光領域６１ａ〜６１ｄと受光スポット７１および７２との関係を示す図である。
【図７１】（Ａ）〜（Ｄ）は、位相分布を持つ受光スポット７１と７２が干渉したときの干渉縞の模様を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４７】  １１  ４分割受光素子
１１ａ〜１１ｄ  受光領域
２８、２９  境界線
３１、３２  仮想直線
２１  受光スポット
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】  まず、本発明による光学ヘッドの概要を説明する。【００４９】  本発明による光学ヘッドは、複数の情報記録層を備えた光ディスクに対して、記録および再生の少なくとも一方を行うことができる。いま、光ディスクに設けられている情報記録層を、第１記録層と第２記録層とする。【００５０】  光学ヘッドは、光源からの光を第１記録層および第２記録層のいずれか一方に集光する第１光学系と、光が第１記録層に集光されているときに、第１記録層で反射された反射光および第２記録層で反射された迷光を受けて透過する第２光学系と、受光素子と、演算部とを備えている。【００５１】  受光素子は複数の受光領域を有しており、各受光領域は第２光学系を介して入射した光の光量に応じた信号を出力する。第２光学系に入射した反射光および迷光は互いに干渉しており、第１受光領域群および第２受光領域群は、干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含む位置に配置されている。【００５２】  演算部は、複数の受光領域のうちの第１受光領域群から出力される第１信号群の和および第２受光領域群から出力される第２信号群の和を差動演算してフォーカスエラー信号を生成する。この演算部は、受光素子から独立した回路として実装されてもよいし、受光素子に含まれてもよい。【００５３】  第１受光領域群および第２受光領域群をどのように配置するかについては、大きく分けて２通りの方法が考えられる。【００５４】  第１は、第１受光領域群および第２受光領域群を構成する各受光領域の形状および配置関係を調整する方法である。第２光学系を介して受け取る光の明暗分布を考慮して各受光領域を配置することにより、ＦＥ信号を生成する際の差動演算によって明暗分布の影響が相殺される。これにより、ＦＥ信号におけるオフセットの発生が抑制される。この方法は、いわゆるスポットサイズ法によるＦＥ信号の検出に際しても有用である。【００５５】  第２は、第１受光領域群および第２受光領域群を構成する各受光領域の形状および配置関係を考慮して、第２光学系を介して受け取る光の明暗分布調整する方法である。【００５６】  たとえば、第２光学系に、上述した反射光と迷光の偏光方向を変更させるための光学素子を設ければよい。反射光と迷光の偏光方向を直交させる光学素子を設けた場合には、明暗分布は発生しない。反射光と迷光の偏光方向を任意に、または所定の規則で相違させる光学素子を設けた場合には、明暗分布の発生の程度を低減できる。【００５７】  または、第２光学系に、光路長を変更するための光学的な段差を有する光学素子を設けてもよい。反射光と迷光の干渉の影響は、各々の光の中心部分の波面が一致することにより大きくなる。したがって光学的な段差を設けて互いの中心部分の波面をずらすことによって、干渉後の強度分布の変動を低減することができる。【００５８】  結果として、第１受光領域群および第２受光領域群は、干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含むように配置されることとなる。【００５９】  以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。【００６０】  （実施形態１）
図１は本実施形態による光学ヘッド１の構成を示す。この光学ヘッドは光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。【００６１】  光学ヘッド１は、半導体レーザ３、偏光ビームスプリッタ４、１／４波長板５、コリメートレンズ６、ミラー７、対物レンズ８、非点収差発生素子９、ホログラム素子１０、４分割受光素子１１およびアクチュエータ１２を有する。【００６２】  図１には２以上の情報記録層を有する多層光ディスク２が記載されているが、これは説明の便宜のためである。光ディスク２は光学ヘッド１の構成要素ではない。光ディスク２は、たとえばＤＶＤやブルーレイ・ディスク（ＢＤ）である。以下ではＢＤであるとする。【００６３】  半導体レーザ３は光源であり、たとえば波長０．４μｍのレーザ光を放射する。【００６４】  非点収差発生素子９はシリンドリカルレンズなどの透光性材料から構成されている。非点収差発生素子９は、光ディスク２の情報トラックに光学的に対応する光学ヘッド１内の方向に対して４５度方向に非点収差が発生するように配置されている。【００６５】  ホログラム素子１０は、情報トラックに対応する方向に対して光束を左右に２分割し異なる方向に回折させる。４分割受光素子１１は、ホログラム素子１０を透過した光のうちの０次光を受光する位置に配置されている。【００６６】  特に説明しない構成要素は、その名称によって機能および構成は周知であるため説明は省略する。【００６７】  図２は、４分割受光素子１１の構成を示す。受光素子１１は、受光領域１１ａ〜１１ｄを有する。各々は境界線２８および２９によって区分されている。図２には、受光スポット２１が円形破線示されている。なお破線の直線３１および３１は、参考のために記載している。直線３１は受光スポット２１の中心を通って光ディスク２の情報トラックと光学的に対応した方向に引かれている。直線３２は受光スポット２１の中心で直線３１と直交している。【００６８】  図２において、受光領域１１ａおよび１１ｂの境界線２８は直線３１の左側に位置している。受光領域１１ｃおよび１１ｄの境界線２８は直線３１の右側に位置している。また、受光領域１１ａおよび１１ｃの境界線２９は直線３２の下側に位置している。受光領域１１ｂおよび１１ｄの境界線２９は直線３２の上側に位置している。【００６９】  以上のように構成された光学ヘッド１において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を、再び図１を参照しながら説明する。【００７０】  半導体レーザ３から出射された光は、偏光ビームスプリッタ４、１／４波長板５、コリメータレンズ６、ミラー７、対物レンズ８を経由して、多層光ディスク２の所望の情報記録層に集光される。多層光ディスク２で反射した光は、再び対物レンズ８、ミラー７、コリメータレンズ６、１／４波長板５を経由し、偏光ビームスプリッタ４に入射する。このとき、反射光の偏光は半導体レーザ３からの出射光の偏光に対して９０度ずれているため、偏光ビームスプリッタ４で反射され、非点収差発生素子９へ導かれる。非点収差発生素子９によって非点収差を付与された光は、ホログラム素子１０に入射し、０次光および±１次光に分岐される。なおこの±１次光に基づいてトラ���キングエラー信号が得られるが、詳細な説明は省略する。【００７１】  また、ホログラム素子１０を透過した光を４分割受光素子１１で受光し演算することにより、ＦＥ信号の検出が行われる。このとき前述した一般的な光学ヘッドと同様に、その受光スポットは非再生層からの反射光との干渉により明暗分布を生じる。ＦＥ信号は演算回路によって以下の式にしたがって計算される。【００７２】  ＦＥ＝（１１ａ＋１１ｄ）−（１１ｂ＋１１ｃ）【００７３】  なお、上述の式における「１１ａ」、「１１ｄ」等は、それぞれ受光領域１１ａ、１１ｄ等で受光された信号を示す。なお、演算回路は、たとえば図５７に示す受光領域５１１ａ〜５１１ｄと接続された差動演算回路である。演算回路は、受光素子から独立した回路として実装されてもよいし、受光素子に含まれてもよい。本明細書において以下に言及する演算回路についても同様である。【００７４】  図３（Ａ）〜（Ｄ）は、再生層反射光と非再生層反射光の位相差に応じて変わる受光素子１１上の明暗分布を示す。図３において斜線部は干渉縞を示しており、受光スポットの他の部分より明るいことを示している。なお、この図において非再生層反射光は図示を省略している。【００７５】  図３（Ａ）は再生層反射光の中央付近の位相と非再生層反射光の位相がπ／２程度離れているときの明暗分布を示す。図３（Ｃ）は中央付近の位相差が比較的小さいときの明暗分布を示す。図３（Ｂ）および（Ｄ）は再生層反射光の＋４５度方向または−４５度方向の位相と、非再生層からの反射光の位相とが比較的近いときの明暗分布を示す。【００７６】  以上のような明暗分布を生じている受光スポットに基づくＦＥ信号の検出を考える。このとき、図３（Ａ）および（Ｃ）の状態では、干渉縞による明暗分布の影響は、受光領域１１ａ、１１ｄと受光領域１１ｂ、１１ｃにおいてほぼ均等であり、ＦＥ信号にオフセットを生じない。【００７７】  また、図３（Ｂ）の状態において受光スポット左上および右下に発生した干渉縞は、受光領域１１ａ、１１ｄだけでなく、その一部が受光領域１１ｂ、１１ｃの受光領域にも入る。よってＦＥ信号を演算すると、明暗分布の影響が相殺されてオフセットの発生が抑制される。同様に図３（Ｄ）の状態でも、各受光領域に明部が含まれるためＦＥ演算により影響が相殺されオフセットの発生が抑制される。【００７８】  すなわち、図２に示す受光素子１１に関し、受光領域１１ａおよび１１ｄと、受光領域１１ｂおよび１１ｃとは、干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含む位置に配置されているといえる。その結果、ＦＥ信号を生成する際の差動演算によって明暗分布の影響が相殺される。これにより、変動成分を有する干渉によるオフセットを低減した良好なＦＥ信号が得られる。【００７９】  このＦＥ信号のレベルおよび極性に応じて、アクチュエータ１２によって対物レンズ８を光ディスク２に垂直な方向に（光軸方向）に移動させることにより、半導体レーザ３から出射した光を所定の記録層へ集光するフォーカスサーボが実現される。【００８０】  以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が受光素子に混入し、再生層からの反射光と干渉することによって生じるＦＥ信号のオフセットおよびオフセットの変動を低減することができる。【００８１】  なお、本実施形態においては、干渉縞が非点収差の与えられている方向およびその直交方向である±４５度方向に対して対称に現れることに注目し、受光領域の形状をこの±４５度方向の対称軸に対して非対称の形状にすることを特徴としている。したがって、各受光領域の形状を±４５度方向の対称軸に対して反転しても同様の結果が得られる。【００８２】  例えば、図２に示す受光素子１１において、左上−右下方向を−４５度方向、右上−左下方向を＋４５度方向とすると、−４５方向の対称軸に対して受光領域１１ａおよび１１ｄを反転し、＋４５度方向の対称軸に対して受光領域１１ｂおよび１１ｃを反転させると、受光素子を直線３１に対して反転した場合と同じ形状となる。このような受光素子においても上述の効果が得られる。【００８３】  上述の各受光領域の境界線２８および２９の配置および形状は例である。上述の効果を得られる境界線２８および２９の配置および形状は種々設定できる。換言すれば、境界線によって定まる各受光領域の配置および形状は種々設定できる。図４は、他の例による境界線２８および２９の配置を示す。また図５に示す境界線を設けることもできる。図５は、さらに他の例による境界線３０−１〜３０−４の配置を示す。さらに境界線を曲線にしてもよい。上述した種々の境界線によって区画される受光領域を利用しても同じ効果が得られる。【００８４】  （実施形態２）
本実施形態と先の実施形態１との相違点は、受光素子１１における受光領域のみである。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。【００８５】  図６は本実施形態による４分割受光素子の構成を示す。４分割受光素子は、受光領域１１ｅ〜１１ｈを有する。受光素子１１はＦＥ＝（１１ｅ＋１１ｈ）−（１１ｆ＋１１ｇ）の演算によりＦＥ信号の検出を行う演算回路（図示せず）に接続されている。【００８６】  受光領域１１ｅ〜１１ｈは直線３１と直線３２で区切られた４つの領域に一つずつ配置されており、それぞれ、受光領域から直線３１までの間隔と受光領域から直線３２までの間隔が等しくならないように配置されている。【００８７】  例えば、受光領域１１ｅは、その右側の境界線と直線３１との間隔をａ、その下側の境界線と直線３２との間隔をｂとすると、間隔ｂよりも間隔ａのほうが大きくなるように、ずらして配置されている。他の受光領域ｆ〜ｈも同様にずらして配置されている。【００８８】  図７（Ａ）〜（Ｄ）は、再生層反射光と非再生層反射光の位相差に応じて変わる受光素子１１上の明暗分布を示す。図７の表記の意味は図３と同じである。【００８９】  図７（Ａ）は再生層反射光の中央付近の位相と非再生層反射光の位相がπ／２程度離れているときの明暗分布を示す。図７（Ｃ）は中央付近の位相差が比較的小さいときの明暗分布を示す。図７（Ｂ）および（Ｄ）は再生層反射光の＋４５度方向または−４５度方向の位相と、非再生層からの反射光の位相とが比較的近いときの明暗分布を示す。【００９０】  以上のような明暗分布を生じている受光スポットに基づくＦＥ信号の検出を考える。このとき、図７（Ａ）および（Ｃ）の状態では、干渉縞による明暗分布の影響は、受光領域１１ｅ、１１ｈと受光領域１１ｆ、１１ｈにおいてほぼ均等であり、ＦＥ信号にオフセットを生じない。【００９１】  また、図７（Ｂ）の状態において受光スポット左上および右下に発生した干渉縞は、受光領域１１ｅ、１１ｈの受光領域から外れるため、明暗分布の影響によるオフセットが低減される。同様に図７（Ｄ）の状態でも、明部の一部が受光領域から外れるためオフセットが低減される。【００９２】  これにより、変動成分を有する干渉によるオフセットを低減した良好なＦＥ信号が得られる。このＦＥ信号のレベルおよび極性に応じて、アクチュエータ１２によって対物レンズ８を光ディスク２に垂直な方向に（光軸方向）に移動させることにより、半導体レーザ３から出射した光を所定の記録層へ集光するフォーカスサーボが実現される。【００９３】  実施形態１の構成によれば、受光領域１１ａの直線３２より下側の部分、受光領域１１ｂの直線３１より左側の部分、受光領域１１ｃの直線３１より右側の部分、受光領域１１ｄの直線３２より下側の部分において、逆位相のＦＥ信号を発生させるため、ＦＥ振幅を低下させるという副作用が発生していた。しかし本実施形態においては、上述した部分は光を受けない不感帯として構成したため、実施形態１で得られる効果に加え、ＦＥ振幅の低下を防ぐことが可能になる。【００９４】  また、受光信号のゲイン調整に利用される受光領域１１ｅ〜１１ｈの総和信号は、図７（Ａ）および（Ｃ）に��す干渉が発生した状態において差が大きく、また変動するため問題であった。しかし本実施形態の構成によれば、この総和信号の変動幅も低減できる。【００９５】  本願発明者らは、直線３１と受光領域１１ｅ、１１ｈとの距離、あるいは、直線３２と受光領域１１ｆ、１１ｇとの距離をＷ、受光素子１１上の受光スポット２１の直径をＤとしたとき、  ０．０５＜Ｗ／Ｄ＜０．２
とすると効果的であることを見出した。Ｗを大きくしすぎると、ＦＥ信号のＳ字振幅の低下を招き、Ｗが小さすぎると本発明の効果が発揮されない。【００９６】  なお、本実施形態も各受光領域の形状を±４５度方向の対称軸に対して反転しても同様な効果が得られる。図８は、他の例による受光領域の配置を示す。図８に示す受光領域は、図６において、例えば左上−右下方向を−４５度方向としたときにおいて、この−４５方向の対称軸に対して受光領域１１ｅ、１１ｈを反転すると得られる。【００９７】  本願発明者らはさらに、受光領域１１ｅ、１１ｆと受光領域１１ｇ、１１ｈの間の幅をＷとしたとき、
０．１＜Ｗ／Ｄ＜０．４
とすると効果的であることを見出した。【００９８】  さらに、干渉縞が±４５度方向の対称軸に対して対称に現れることを利用すると、多くの変形例を得ることができる。【００９９】  図９は、図８に示した受光素子の中央の不感帯部分に、直線３１および直線３２で４分割された受光領域１１ｉ〜１１ｌを付加した受光素子を示す。干渉縞による明暗分布は±４５度方向の対称軸に対して対称に現れるため、受光領域１１ｉと受光領域１１ｌの領域の明暗分布は同じになる。同様に受光領域１１ｊと受光領域１１ｋの領域の明暗分布も同じであるため、ＦＥ信号の演算において（１１ｉ−１１ｌ）および（１１ｊ−１１ｋ）を加えてもＦＥ信号のオフセット低減効果は変わらない。つまり、ＦＥ信号の演算は以下の式で求められる。【０１００】  ＦＥ＝（１１ｅ＋１１ｈ＋１１ｉ＋１１ｊ）−（１１ｆ＋１１ｇ＋１１ｌ＋１１ｋ）【０１０１】  これは、上記した式の受光領域群に対応する受光領域群を設けても同じ効果が得られることを意味する。たとえば図１０は、受光領域１１ａ〜１１ｄを有する受光素子を示す。たとえば、受光領域１１ａは、図９の受光領域１１ｅ、１１ｉおよび１１ｊに対応する。図１０に示す受光素子でも同様のＦＥオフセット低減効果が得られる。【０１０２】  また図１１は、図９の受光素子の変形例を示す。図１１に示す受光素子は、図９の受光素子において、受光領域１１ｇ、１１ｊと受光領域１１ｈ、１１ｌを±４５度方向の対称軸に対して反転させて得られる。図１１の受光素子によっても上述した効果と同様の効果が得られる。【０１０３】  また、図９の受光領域１１ｉ〜１１ｌはさらに細かく分割してもよい。受光スポット中心に対して点対称の位置にある領域同士で減算が行われる関係になるように構成されれば良い。さらに、図１２に示すようなものでもよい。図１２は図９の受光素子の変形例を示す。【０１０４】  なお、図１０〜図１２に示す変形例は、総和信号の変動を抑制する効果は無くなるが、全光束を受光できるため、ＲＦ信号等の信号検出を兼用する場合に有利である。【０１０５】  本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が受光素子に混入し干渉することにより生じるＦＥ信号のオフセットを低減することができる。【０１０６】  これにより、多層光ディスクの層間隔が狭くても安定したサーボ動作が可能な光学ヘッドを提供できる。【０１０７】  （実施形態３）
図１３は本実施形態による光学ヘッド１３０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド１３０の構成要素のうち、図１に示す光学ヘッド１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。【０１０８】  光学ヘッド１３０は、偏光変換素子１３７、シリンドリカルレンズ１３８、４分割受光素子１３９を有する。偏光変換素子１３７は、透過する光の一部の偏光を回転させる。【０１０９】  図１４は偏光変換素子１３７の構成を示す。偏光変換素子１３７は、透光性材料からなる透過領域１３７ａ、および、斜線で示された偏光回転領域１３７ｂを有する。偏光回転領域１３７ｂは１／２波長板として機能する。図１４には、入射光束１４０、および、領域１３７ａと領域１３７ｂとを分ける境界線１４１も示されている。領域１３７ｂに表示した矢印は１／２波長板の光学軸の方向を示しており、入射偏光方向に対して４５度になるよう構成されている。【０１１０】  図１５は偏光変換素子１３７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。図１５には、シリンドリカルレンズ１３８の母線１５１、受光素子１３９の受光領域を分割する分割線１５２および１５３、受光領域１３９ａ〜１３９ｄおよび光軸１５０が示されている。【０１１１】  図１５において、受光素子１３９上の分割線１５２は光ディスク２の情報トラックと光学的に対応した方向に引かれており、分割線１５３は分割線１５２と直交している。また、シリンドリカルレンズ１３８は、その母線１５１が分割線１５２あるいは１５３と略４５の角度を成すように配置されている。そして、偏光変換素子１３７上の境界線１４１の方向とシリンドリカルレンズ１３８の母線１５１の方向は一致するように構成されている。【０１１２】  また図示していないが、受光素子１３９は、ＦＥ＝（９ａ＋９ｃ）−（９ｂ＋９ｄ）の演算によりＦＥ信号の検出を行う演算回路に接続されており、またＲＦ＝９ａ＋９ｂ＋９ｃ＋９ｄの演算により再生信号の検出を行う演算回路に接続されている。【０１１３】  また、図示および説明は省略するが、トラッキングエラー信号の検出は、光ディスク反射光の光路にホログラム素子等を挿入して分岐した光束を用いて行われる。【０１１４】  以上のように構成された光学ヘッド１３０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を、再び図１３を参照しながら説明する。【０１１５】  半導体レーザ３から出射された光は、偏光ビームスプリッタ４、コリメータレンズ６、１／４波長板５、対物レンズ８を経由して、多層光ディスク２の所望の記録面に集光される。多層光ディスク２で反射した光は、再び対物レンズ８、１／４波長板５、コリメータレンズ６を経由し、偏光ビームスプリッタ４に入射する。反射光の偏光は半導体レーザ３からの出射光の偏光に対して９０度ずれているため、偏光ビームスプリッタ４で反射され、偏光変換素子１３７に入射する。【０１１６】  この時の入射光の偏光方向を紙面の横方向とすると、図１４に示す領域１３７ａを透過する光の偏光方向は変化しないが、領域１３７ｂを透過する光の偏光方向は９０度回転して縦方向となる。【０１１７】  偏光変換素子１３７により、光束の一部の偏光が回転した光は、シリンドリカルレンズ１３８で非点収差を付与された後、受光素子１３９に導かれる。そして受光素子１３９で受光された信号に基づいて演算が行われることにより、非点収差法によるＦＥ信号、および和信号から再生信号が検出される。【０１１８】  このとき、受光素子１３９には多層光ディスク２の手前層２ｂあるいは奥層２ｃからの反射光も再生層２ａからの反射光と同じ経路で入射するため、それぞれの光束は受光領域上で重なる。【０１１９】  しかしこのとき、本実施形態による光学ヘッドでは、再生層２ａからの反射光と、手前層２ｂからの反射光は干渉しない。この理由を図１６を参照しながら説明する。【０１２０】  図１６は再生層２ａで反射した光と手前層２ｂで反射した光とが受光素子１３９で受光される時の光路を示す。図１６（ａ）は光軸１５０とシリンドリカルレンズの母線１５１を含むＡ断面での光ディスク反射光を示し、図１６（ｂ）は光軸１５０を含みＡ断面と直交するＢ断面での光ディスク反射光を示す。図１６では、図１５と同じ構成要素を同じ符号で示している。図１６（ａ）および（ｂ）には、再生層反射光１６１および手前層反射光１６２が示されている。【０１２１】  手前層反射光１６２はＡ断面、Ｂ断面において、どちらも受光素子１３９よりも奥側で集束する。一方、再生層反射光１６１はＡ断面では受光素子１３９よりも奥側の後焦線の位置で集束し、Ｂ断面では受光素子１３９よりも手前の前焦線の位置で集束する。【０１２２】  このときＢ断面について考えると、受光領域１３９ｂに到達する光束は、領域１３７ｂを透過して偏光の回転した再生層反射光１６１および領域１３７ａを透過した手前層反射光１６２である。受光領域１３９ｄに到達する光束は、領域１３７ａを透過した再生層反射光１６１および領域１３７ｂを透過して偏光の回転した手前層反射光１６２である。【０１２３】  干渉は光の波動性から導かれる物理現象である。直交する振動面をもつ直線偏光どうしは干渉しないという性質があるため、受光領域１３９ｂおよび１３９ｄ上で重なる再生層反射光１６１および手前層反射光１６２は干渉しない。【０１２４】  またＢ断面に平行な任意の断面についても同様に、受光素子１３９上では再生層反射光１６１の偏光方向および手前層反射光１６２の偏光方向は直交するため干渉しない。【０１２５】  したがって、干渉による明暗分布が生じないので、オフセットの発生および変動を排除した良好なＦＥ信号および再生信号が得られる。【０１２６】  以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層２ｂからの反射光が受光素子に混入しても、干渉の発生を除去できるので、オフセット変動の少ないＦＥ信号により安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号が得られる光学ヘッドを提供できる。【０１２７】  また、図１４に示す偏光変換素子１３７の領域１３７ａと領域１３７ｂを透過した光の偏光が９０度ずれていれば同様の効果が得られるため、例えば、領域１３７ａは−４５度、領域１３７ｂは＋４５度偏光を回転させる機能を有する素子であってもよい。【０１２８】  また、偏光変換素子１３７の領域１３７ａと領域１３７ｂを透過した光の偏光は、９０度ずれた場合に最も効果を発揮するが、９０度ではない場合もそれに応じた効果が得られる。【０１２９】  なお、図１４に示す偏光変換素子１３７の構成は一例である。境界線１４１と線対称な領域を通過する光束同士の偏光方向が直交するように偏光変換素子１３７が構成されていれば上述の効果が得られる。【０１３０】  例えば図２６は、偏光変換素子１３７の他の例を示す。図２６では、斜線部を透過すると光の偏光方向は回転する。新たに、境界線１４１と線対称な折れ曲がった境界線１４２および１４３が設けられている。境界線１４１〜１４３によって区画される６領域は、境界線１４１に関して対称な３組に分けられる。各組を透過する光束同士の偏光方向は直交するため、上述の効果が得られる。なお、各境界線１４１〜１４３は、入射光束１４０の光軸と交わるように構成されている。これにより、迷光がデフォーカスして光束径が比較的大きな状態で入射光束１４０に重なっても再生層反射光（信号光）と迷光との偏光変換の境界は一致する。【０１３１】  また、偏光変換素子１３７は偏光ホログラムであってもよい。偏光ホログラムは複数の領域を有しており、それらの領域を設けることにより、回折する光の偏光成分を変化させることが可能である。例えば偏光ホログラムに、入射偏光の＋４５度成分が回折する領域と−４５度成分が回折する領域を設けることにより、回折光の干渉を防ぐことが可能である。また、透過光も偏光の分布を持つため干渉の影響を低減できる。【０１３２】  また、本実施形態では、光アイソレータの構成を利用しているため偏光変換素子は偏光ビームスプリッタと受光素子の間に配置しているが、偏光ビームスプリッタを用いない構成であれば、偏光変換素子は、半導体レーザと対物レンズの間の出射光路中に配置しても構わない。【０１３３】  （実施形態４）
本実施形態と先の実施形態３との相違点は、偏光変換素子のみである。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。【０１３４】  図１７は本実施形態による光学ヘッド１７０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。図１７では、奥層２ｃで反射した光束が波線で示されている。また図１７では、奥層反射光の前焦線の集光位置１２３および再生層反射光の前焦線の集光位置１２４が示されている。【０１３５】  偏光変換素子１７７は集光位置２３と集光位置２４の間に配置されている。【０１３６】  図１８は偏光変換素子１７７の構成を示す。偏光変換素子１７７は、透光性材料からなる透過領域１７７ａ、および、斜線で示された偏光回転領域１７７ｂを有する。偏光回転領域１７７ｂは１／２波長板として機能する。図１８には、入射光束１８０、および、領域１７７ａと領域１７７ｂとを分ける境界線１８１も示されている。領域１７７ｂに表示した矢印は１／２波長板の光学軸の方向を示しており、入射偏光方向に対して４５度になるよう構成されている。【０１３７】  図１９は偏光変換素子１７７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。シリンドリカルレンズ１３８は、その母線１５１が受光素子１３９の分割線１５２あるいは１５３と略４５の角度を成すように配置されている。そして、偏光変換素子１７７上の境界線１８１の方向とシリンドリカルレンズ１３８の母線１５１の方向は一致するように構成されている。【０１３８】  以上のように構成された光学ヘッド１７０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を、再び図１７を参照しながら説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、および、光ディスク２からの反射光が偏光ビームスプリッタ４で反射される経路までは、図１７で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。【０１３９】  光ディスク２からの反射光は偏光ビームスプリッタ４で反射し、シリンドリカルレンズ１３８に入射する。そしてシリンドリカルレンズ１３８で非点収差を付与された後、偏光変換素子１７７に入射する。偏光変換素子１７７に入射した光のうち、シリンドリカルレンズ１３８の母線に平行な境界線１８１で分けられた偏光回転領域１７７ｂに入射した光の偏光方向は９０度回転する。偏光変換素子１７７を透過した光は、その後受光素子１３９に導かれる。そして受光素子１３９で受光された信号に基づいて演算が行われることにより、非点収差法によるＦＥ信号、および和信号から再生信号が検出される。【０１４０】  図２０は再生層２ａで反射した光と奥層２ｃで反射した光が受光素子１３９で受光される時の光路を示す。図２０（ａ）は光軸１５０とシリンドリカルレンズの母線１５１を含むＡ断面での光ディスク反射光を示し、図２０（ｂ）は光軸１５０を含みＡ断面と直交するＢ断面での光ディスク反射光を示す。図２０では、図１９と同じ構成要素を同じ符号で示している。図２０（ａ）および（ｂ）には、再生層反射光１６１および手前層反射光２０８が示されている。【０１４１】  奥層反射光２０８はＡ断面、Ｂ断面において、どちらも受光素子１３９より��手前で集束する。一方、再生層反射光１６１はＡ断面では受光素子１３９よりも奥側の後焦線の位置で集束し、Ｂ断面では受光素子１３９よりも手前の前焦線の位置で集束する。【０１４２】  このときＢ断面について考えると、受光領域１３９ｂに到達する光束は、領域１７７ｂを透過して偏光の回転した再生層反射光１６１および領域１７７ａを透過した奥層反射光２０８である。受光領域１３９ｄに到達する光束は、領域１７７ａを透過した再生層反射光１６１および領域１７７ｂを透過して偏光の回転した奥層反射光２０８である。このうち、受光領域１３９ｂおよび１３９ｄ上で重なる再生層反射光１６１および奥層反射光２０８は偏光方向が直交するため干渉しない。【０１４３】  またＢ断面に平行な任意の断面についても同様に、受光素子１３９上では再生層反射光１６１の偏光方向および奥層反射光２０８の偏光方向は直交するため、再生層反射光１６１および奥層反射光２０８は干渉しない。【０１４４】  また、この構成では、先の実施形態３と同じ理由で、再生層反射光１６１と手前層反射光も偏光が直交するため干渉しない。【０１４５】  したがって、手前層反射光および奥層反射光のどちらの迷光が混入しても、再生層反射光と干渉しないので、オフセットの発生および変動を排除した良好なＦＥ信号および再生信号が得られる。【０１４６】  以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層および奥層からの反射光が受光素子に混入し干渉することにより生じるＦＥ信号のオフセットを排除することができ、安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号が得られる光学ヘッドを提供できる。【０１４７】  なお、偏光変換素子１７７は奥層反射光の集光位置と再生層反射光の集光位置との間に配置されていれば、上述の効果を得ることができる。よってシリンドリカルレンズ１３８の位置は光路上の偏光変換素子１７７の前後のいずれに配置してもよい。【０１４８】  （実施形態５）
本実施形態と先の実施形態３との相違点は、偏光変換素子のみである。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。【０１４９】  図２１は本実施形態による光学ヘッド２１０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。図２１では、奥層２ｃで反射した光束が波線で示されている。偏光変換素子２３７は受光素子１３９から見て、奥層反射光の集光位置１２３よりも離れた位置に配置されている。【０１５０】  図２２は偏光変換素子２３７の構成を示す。偏光変換素子２３７は、斜線で示された偏光回転領域２３７ａおよび２３７ｂと、透光性材料からなる透過領域２３７ｃおよび２３７ｄとを有する。偏光回転領域２３７ａおよび２３７ｂは１／２波長板として機能する。図２２には、入射光束２２０、および、領域２３７ａ〜２３７ｄをそれぞれ分ける境界線２２１および２２２も示されている。領域２３７ａおよび２３７ｂに表示した矢印は１／２波長板の光学軸の方向を示しており、入射偏光方向に対して４５度になるよう構成されている。【０１５１】  領域２３７ａと２３７ｄ、および、領域２３７ｂと２３７ｃはそれぞれ、境界線２２１に関して対称に配置されている。【０１５２】  図２３は、偏光変換素子２３７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。シリンドリカルレンズ１３８は、その母線１５１が受光素子１３９の分割線１５２あるいは１５３と略４５の角度を成すように配置されている。そして、偏光変換素子２３７上の境界線２２１とシリンドリカルレンズ１３８の母線１５１の方向は一致するように構成されている。【０１５３】  以上のように構成された光学ヘッド２１０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を、再び図２１を参照しながら説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、および、光ディスク２からの反射光が偏光ビームスプリッタ４で反射される経路までは、図１７で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。【０１５４】  光ディスク２からの反射光は偏光ビームスプリッタ４で反射し、偏光変換素子２３７に入射する。偏光変換素子２３７に入射した光のうち、斜線で示した領域２３７ａおよび２３７ｂを通過した光の偏光方向は９０度回転する。偏光変換素子２３７を透過した光はシリンドリカルレンズ１３８に入射し、シリンドリカルレンズ１３８で非点収差を付与された後、受光素子１３９に導かれる。そして受光素子１３９で受光された信号に基づいて演算が行われることにより、非点収差法によるＦＥ信号、および和信号から再生信号が検出される。【０１５５】  図２４は再生層２ａ、手前層２ｂおよび奥層２ｃで反射した光が受光素子１３９で受光される時の光路を示す。図２４（ａ）は光軸１５０とシリンドリカルレンズ１３８の母線１５１とを含むＡ断面での光ディスク反射光を示し、図２４（ｂ）は光軸１５０を含みＡ断面と直交するＢ断面での光ディスク反射光の様子を示す。図２４では、図２３と同じ構成要素を同じ符号で示している。図２４（ａ）および（ｂ）には、再生層反射光４６、手前層反射光４７および奥層反射光４８が示されている。【０１５６】  図��５は、偏光変換素子２３７の各領域を透過し、シリンドリカルレンズ１３８を経た光を受ける受光素子１３９を示す。受光素子１３９には、破線で囲まれた領域Ａ〜Ｄが示されている。すなわち、受光領域１３９ｂの左下および受光領域１３９ｃの左上の領域をＡ領域、受光領域１３９ａの右下および受光領域１３９ｄの右上の領域をＢ領域、受光領域１３９ａの左上および受光領域１３９ｂの右上の領域をＣ領域、受光領域１３９ｃの右下および受光領域１３９ｄの左下の領域をＤ領域とする。【０１５７】  手前層反射光２４７は図２４（ａ）および（ｂ）に示すＡ断面およびＢ断面において、どちらも受光素子１３９よりも奥側で集束する。偏光変換素子２３７の領域２３７ａを透過した光は受光素子１３９のＡ領域、領域２３７ｂを透過した光はＢ領域、領域２３７ｃを透過した光はＣ領域、領域２３７ｄを透過した光はＤ領域に導かれる。したがって、受光素子１３９上のＡ、Ｂ領域には偏光が９０度回転した手前層反射光、Ｃ、Ｄ領域には偏光の回転していない手前層反射光が導かれる。【０１５８】  また、奥層反射光２４８はＡ断面およびＢ断面において、どちらも受光素子１３９よりも手前で集束する。偏光変換素子２３７の領域２３７ａを透過した光は受光素子１３９のＢ領域、領域２３７ｂを透過した光はＡ領域、領域２３７ｃを透過した光はＤ領域、領域２３７ｄを透過した光はＣ領域に導かれる。したがって、受光素子１３９上のＡ、Ｂ領域には偏光が９０度回転した奥層反射光、Ｃ、Ｄ領域には偏光の回転していない奥層反射光が導かれる。【０１５９】  一方、再生層反射光２４６はＡ断面では受光素子１３９よりも奥側で集束し、Ｂ断面では受光素子１３９よりも手前側で集束する。偏光変換素子２３７の領域２３７ａを透過した光は受光素子１３９のＤ領域、領域２３７ｂを透過した光はＣ領域、領域２３７ｃを透過した光はＢ領域、領域２３７ｄを透過した光はＡ領域に導かれる。したがって、受光素子１３９上のＡ、Ｂ領域には偏光の回転していない再生層反射光、Ｃ、Ｄ領域には偏光が９０度回転した再生層反射光が導かれる。【０１６０】  以上から理解されるように、Ａ〜Ｄの全領域において、再生層反射光２４６の偏光方向は手前層反射光および奥層反射光の各偏光方向と直交している。よって再生層反射光２４６は手前層反射光および奥層反射光と干渉しない。【０１６１】  したがって、本実施形態においても、手前層反射光および奥層反射光のどちらの迷光が混入しても、再生層反射光と干渉しないので、オフセットの発生および変動を排除した良好なＦＥ信号および再生信号が得られる。【０１６２】  以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層および奥層からの反射光が受光素子に混入し干渉することにより生じるＦＥ信号のオフセットを排除することができ、安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号が得られる光学ヘッドを提供できる。【０１６３】  また、偏光変換素子を受光素子から離れた光束径の大きな位置に配置できるため、偏光変換素子の位置精度を厳密に規定する必要はなく有利である。さらに、実施形態４の構成と比べると、素子を配置する位置の自由度が大きいため、設計上も有利である。【０１６４】  なお、図２２に示す偏光変換素子２３７の構成は一例である。境界線２２１と線対称な領域を通過する光束同士の偏光が直交し、かつ境界線２２２と線対称な領域を通過する光束同士の偏光も直交するように偏光変換素子２３７が構成されていれば、上述の効果を得ることができる。【０１６５】  例えば図２７は、偏光変換素子２３７の他の例を示す。図２７では、斜線部を透過すると光の偏光方向は回転する。新たに、境界線２２１と線対称な折れ曲がった境界線２２３および２２４３が設けられている。境界線２２１〜２２４によって区画される８領域は、境界線２２１に関して対称な４組に分けられる。各組を透過する光束同士の偏光方向は直交するため、上述の効果が得られる。なお、各境界線２２１〜２２４は、入射光束１４０の中心（光軸）と交わるように構成されている。これにより、迷光がデフォーカスして光束径が比較的大きな状態で入射光束１４０に重なっても、再生層反射光（信号光）と迷光との偏光変換の境界は一致する。【０１６６】  図６３および図６４は、それぞれ偏光変換素子２３７のさらに他の例を示す。図６３に示す偏光変換素子２３７は、領域６３ａ〜６３ｈを有している。各領域に描かれた平行線（ハッチング線）が延びる方向は、各領域の偏光方向を模式的に示している。領域６３ａおよび６３ｂの偏光方向と、領域６３ｃおよび６３ｄの偏光方向とは直交するように構成されている。そして、領域６３ｅ〜６４ｈの偏光方向は、領域６３ａおよび６３ｂの偏光方向または領域６３ｃおよび６３ｄの偏光方向に対して４５度をなすように構成されている。【０１６７】  透過する光の偏光方向が直交する領域が隣接していると、境界部分での回折の影響が大きくなる。しかし、図６３に示す領域６３ｅ〜６４ｈのような、偏光方向を隣接する領域の偏光方向に対して０度から９０度までの間の偏光方向を有する緩衝的な領域を設けることにより、境界部分における回折の影響を低減できる。このような趣旨に鑑みれば、領域６３ｅ〜６４ｈの偏光方向は１つの方向に限られない。偏光方向が０度から９０度までの間で連続的に変化してもよい。【０１６８】  図６４に示す偏光変換素子２３７の構成は、図６３に関連してした説明の「６３」を「６４」に読み替えればよい。たとえば「領域６３ａ」は「領域６４ａ」のように読み替えればよい。【０１６９】  （実施形態６）
本実施形態と先の実施形態５との相違点は、本実施形態には偏光選択素子が追加されていることのみである。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。【０１７０】  図２８は本実施形態による光学ヘッド２８０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド２８０は、実施形態５による光学ヘッド１７０（図１７）に偏光選択素子２７７を加えて構成されている。偏光選択素子２７７は、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の間に配置されている。【０１７１】  図２９は偏光選択素子２７７の構成を示す。偏光選択素子２７７は、水平方向の偏光を透過する領域２７７ａおよび２７７ｂと、垂直方向の偏光を透過する領域２７７ｃおよび２７７ｄとを有する。図２９には、領域２７７ａ〜２７７ｄをそれぞれ分ける、直交する境界線２９１および２９２も示されている。【０１７２】  図３０は偏光変換素子２３７、シリンドリカルレンズ１３８、偏光選択素子２７７および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。偏光選択素子２７７の境界線２７１および２７２は、偏光変換素子２３７の境界線２４１、２４２と同じ方向になるよう構成されている。偏光選択素子２７７の斜線部の２領域は、図２９に示す領域２７７ｃおよび２７７ｄを示す。【０１７３】  以上のように構成された光学ヘッド２８０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を、再び図２８を参照しながら説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、および、光ディスク２からの反射光がシリンドリカルレンズ１３８を透過する経路までは、図２１で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。【０１７４】  シリンドリカルレンズ１３８で非点収差を付与された光は、偏光選択素子２７７に入射する。偏光選択素子２７７の領域２７７ａ〜２７７ｃ（図２９）に入射した光は、各領域によって所定の偏光成分のみからなる光に変換されて受光素子１３９に導かれる。そして受光素子１３９で受光された信号に基づいて演算が行われることにより、非点収差法によるＦＥ信号、および和信号から再生信号が検出される。【０１７５】  偏光選択素子２７７上に到達する光を考える。実施形態５に関する説明に基づけば、偏光選択素子２７７の領域２７７ａおよび２７７ｂには、再生層反射光のうちの偏光が回転していない光束が到達し、手前層反射光および奥層反射光のうちの偏光が回転した光束が到達する。また、領域２７７ｃおよび２７７ｄには、再生層反射光のうちの偏光が回転した光束が到達し、手前層反射光および奥層反射光の偏光が回転していない光束が到達する。【０１７６】  偏光が回転していない光束が水平方向の偏光、偏光が回転した光束が垂直方向の偏光であるため、再生層反射光のみ偏光選択素子７７を透過することになる。【０１７７】  本実施形態の構成によれば、迷光である手前層反射光および奥層反射光のいずれもが受光素子に混入しない。よって、ＦＥ信号のオフセットを排除することができ、良好なＦＥ信号および再生信号が得られる。これにより、安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号が得られる光学ヘッドを提供できる。【０１７８】  上述した本発明の実施形態３〜６にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が再生層反射光と干渉するのを防ぎ、ＦＥ信号および再生信号に変動成分を有するオフセットの発生を防ぐことができる。これにより、多層光ディスクの層間隔が狭くても安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号の得られる光学ヘッドを提供できる。【０１７９】  （実施形態７）
図３１は、本実施形態による光学ヘッド３１０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド３１０の構成要素のうち、図１に示す光学ヘッド１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。【０１８０】  光学ヘッド３１０は、偏光変換素子３１７、シリンドリカルレンズ１３８、４分割受光素子１３９を有する。偏光変換素子３１７は、透過する光の偏光を回転させる。【０１８１】  図３２は偏光変換素子３１７の構成を示す。偏光変換素子３１７は、１／２波長板として機能する偏光回転領域３１７ａ〜３１７ｄを有する。図３２には、再生層２ａからの反射光１６と、手前層２ｂからの反射光１７とが示されている。ここで領域３１７ａ、３１７ｂ、３１７ｃ、３１７ｄの光学軸は隣接する領域で互いに４５度ずれるように構成されている。たとえば、領域３１７ａの光学軸を水平とすると、領域３１７ｂの光学軸は±４５度、領域３１７ｃの光学軸は水平または垂直、領域３１７ｄの光学軸は±４５度に構成されている。【０１８２】  偏光変換素子３１７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置関係は、たとえば図２３に示す配置関係と類似する。図２３における偏光変換素子２３７に代えて、偏光変換素子３１７を配置すればよい。【０１８３】  図３３は、受光素子１３９と再生層２ａからの反射光１６との関係を示す。受光素子１３９上の分割線１３は光ディスク２の情報トラックと光学的に対応した方向に引かれている。分割線１４は分割線１３と直交している。また、シリンドリカルレンズ１３８は母線１５１（図２３）が分割線１３あるいは１４と略４５の角度を成すように配置されている。また、偏光変換素子３１７上の境界線は光ディスク２の反射光束の中心に対し同心円状に構成されている。【０１８４】  なお、ＦＥ信号の検出を行う演算回路（図示せず）は、ＦＥ＝（１３９ａ＋１３９ｃ）−（１３９ｂ＋１３９ｄ）の演算を行ってＦＥ信号を検出する。この演算回路は、たとえば図５７に示す受光領域５１１ａ〜５１１ｄと接続された差動演算回路によって実現される。また、再生信号の検出を行う演算回路（図示せず）は、ＲＦ＝１３９ａ＋１３９ｂ＋１３９ｃ＋１３９ｄの演算を行って再生信号を検出する。なお、これらの説明で用いている「１３９ａ」、「１３９ｄ」等は、それぞれ受光領域１３９ａ、１３９ｄ等で受光された信号を示す。また、トラッキングエラー信号の検出を行う演算回路（図示せず）は、光ディスク反射光の光路にホログラム素子等（図示せず）を挿入して分岐した光束を用いてトラッキングエラー信号を検出する。【０１８５】  以上のように構成された光学ヘッド３１０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、および、光ディスク２からの反射光が偏光ビームスプリッタ４で反射される経路までは、図１７で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。【０１８６】  図３１に示すように、光ディスク２からの反射光は偏光ビームスプリッタ４で反射し、偏光変換素子３１７に入射する。図３２を参照すると、偏光変換素子３１７への入射光の偏光方向を紙面の横方向とすると、領域３１７ａ、３１７ｃを透過する光の偏光方向は変わらないが、領域３１７ｂ、３１７ｄを透過する光の偏光は９０度回転して縦方向となる。【０１８７】  偏光変換素子３１７により、光束の一部の偏光が回転した光は、シリンドリカルレンズ１３８で非点収差を付与された後、受光素子１３９に導かれ、受光された信号を演算することにより、非点収差法によるＦＥ信号、および和信号から再生信号が検出される。【０１８８】  このとき、受光素子１３９には、手前層２ｂ、２ｃからの反射光も再生層２ａからの反射光と同じ経路で入射するため、それぞれの光束は受光領域上で重なる。【０１８９】  先に説明した図３３は、受光素子１３９上における再生層２ａからの反射光のスポット形状を示している。再生層２ａからの反射光は、図３２において波線１６によって示されている。図３３に示すように、受光素子１３９上での反射光１６には、横方向（受光領域１３９ａおよび１３９ｂが並ぶ方向）の偏光１６ａおよび１６ｃと、縦方向（受光領域１３９ａおよび１３９ｄが並ぶ方向）の偏光１６ｂとが含まれている。【０１９０】  図３４は、受光素子１３９上における再生層２ａの手前層２ｂからの反射光のスポット形状を示している。手前層２ｂからの反射光は、図３２において波線１７によって示されている。図３４に示すように、受光素子１３９上での反射光１６には、上述した横方向の偏光１７ａおよび１７ｃと、上述の縦方向の偏光１７ｂおよび１７ｄとが含まれている。【０１９１】  図３５は、反射光束１６および１７が重なった状態を示している。偏光変換素子３１７の領域パターンは、図３５に示すように偏光１６ａおよび１６ｂと偏光１７ａとが重なり、かつ、偏光１６ｃと偏光１７ｂとが重なるように設計されている。【０１９２】  これにより、再生層２ａからの反射光１６ｂおよび１６ｃの領域の光は、再生層の手前層２ｂからの反射光と偏光方向が直交するため、干渉が起こらなくなる。したがって、干渉する領域が減少するため、ＲＦ信号の光量およびＦＥ信号のオフセットの発生および変動を低減した良好な信号が得られる。【０１９３】  以上のように、本実施形態による光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層２ｂからの反射光が受光素子に混入しても、干渉の発生を低減できるので、光量変動の少ないＲＦ信号より良好な再生信号と、オフセット変動の少ないＦＥ信号により安定したサーボ動作が可能な光学ヘッドを提供できる。【０１９４】  なお、本実施形態における偏光変換素子３１７は、４つの領域３１７ａ〜３１７ｄに分割されるとしたが、分割数は任意である。ディスクの層間距離や光学ヘッドの光学倍率等により変更してもよい。【０１９５】  図３６は、偏光変換素子３１７の他の例を示す。矢印は偏光変換素子を透過した後の偏光方向を示している。破線は上述の再生層２ａからの反射光１６を示す。図３６の矢印によって示されるように、偏光変換素子３１７は、中心から外周に向かって、所定の規則にしたがって偏光方向を変化させる光学的特性を有していてもよい。【０１９６】  図３７は、偏光変換素子３１７のさらに他の例を示す。矢印および破線は図３６と同義である。図３６の例とは逆に、偏光変���素子３１７は、不規則に光学軸を変化させる光学的特性を有していてもよい。【０１９７】  図６５および図６６も同様に、偏光変換素子３１７のさらに他の例を示す。これらの図でも、矢印の方向は偏光変換素子３１７の偏光方向を示している。【０１９８】  図３６に示す偏光変換素子３１７と比較すると、図６５の偏光変換素子３１７は入射する反射光の半径方向の位置に応じて偏光方向が変化することはない。すなわち反射光の半径方向には偏光方向が変化する境界はない。【０１９９】  一方、図６５に示す偏光変換素子３１７では、反射光の光軸を中心として４５度単位で偏光方向が変化する。図６５において、たとえば非点収差が左下（−１３５度とする）の方向から右上の方向（＋４５度とする）の方向に与えられるとすると、偏光変換素子３１７の中心位置を基準として、±９０度方向に位置する領域の偏光方向と、０度および１８０度方向に位置する領域の偏光方向とは直交する。そして、それらの領域の間に挟まれた領域（すなわちそれらの領域に隣接する領域）では、偏光方向も間の値（図６５では中間値（４５度））に設定されている。なお、図６６に示す偏光変換素子３１７についても同様である。隣接する領域同士の偏光方向は反射光の光軸を中心として４５度単位で変化する。【０２００】  ただし、図６５および図６６に示す偏光変換素子３１７では、当該隣接する領域の偏光方向は１つの方向に限られない。偏光方向が反射光の周の接線方向に連続的に変化してもよい。【０２０１】  （実施形態８）
本実施形態と先の実施形態７との相違点は、偏光変換素子に代えて干渉抑制素子を設けたことにある。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。【０２０２】  図３８は本実施形態による光学ヘッド３８０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド３８０は、光学ヘッド３１０の偏光変換素子３１７（図３１）とは異なる干渉抑制素子３２７を有している。【０２０３】  図３９は、本実施形態による干渉抑制素子３２７の構成を示す上面図である。干渉抑制素子３２７は、光路長を変更させる段差部３９０を有している。図４０は、干渉抑制素子３２７の断面図である。段差部３９０は、物理的な窪みとして形成されている。図３９に示されるように、段差部３９０の大きさは、破線で示される上述の再生層２ａからの反射光１６のスポットサイズよりも小さい。【０２０４】  図４１は受光素子１３９上での再生層２ａからの反射光１６と再生層手前の層２ｂからの反射光１７のスポット形状を示す。【０２０５】  図４２および図４３は干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、検出スポットの波面を示す。【０２０６】  図４４および図４５は干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、受光素子１３９での光量分布を示す。【０２０７】  図４６および図４７は本実施形態による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、検出スポットの波面を示す。【０２０８】  図４８および図４９は本実施形態による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、受光素子１３９での光量分布を示す。【０２０９】  まず、干渉抑制素子３２７を用いなかった場合における干渉の問題を、図を参照しながら説明する。【０２１０】  再生層２ａからの反射光１６および再生層の手前の層２ｂからの反射光１７は図３８のシリンドリカルレンズ１３８を透過し、受光素子１３９に入射し、図４１に示すような検出スポット１６および１７を形成する。このとき、受光素子１３９上での４５度方向および−４５度方向の検出スポットの波面は、図４２および図４３に示すような形になる。受光素子１３９上ではこのふたつの波面が重なった検出スポットとなっているため、受光素子１３９上での光量分布は図４４および図４５のようになる。【０２１１】  ここで、図４４および図４５の最大と最小は、再生層２ａと手前の層２ｂとの層間距離が変化したときに、受光素子１３９で検出される光量の積分値が最大と最小になるときの光量分布を表している。受光素子１３９の各受光領域の一辺の大きさが１００ｕｍとすると、図４４および図４５の最大を表した曲線の積分値と最小を表した曲線の積分値の差が受光量の変動になる。すなわち、再生信号であるＲＦ信号の変動になる。一方、図４４の最大を表した曲線の積分値と図４５の最大を表した曲線の積分値の差が受光素子１３９での光量最大時のフォーカスオフセット（１）となる。また図４４の最小を表した曲線の積分値と図４５の最小を表した曲線の積分値の差が受光素子１３９での光量最小時のフォーカスオフセット（２）となる。そしてこの（１）と（２）との差がディスクの回転等により発生するフォーカスオフセットの変動となる。【０２１２】  本実施形態による干渉抑制��子３２７を利用すると、この光量分布の最大と最小の差を小さくし、干渉による光量変動を低減することが可能になる。【０２１３】  本実施形態による干渉抑制素子３２７は、白板による位相段差板として設けることができる。干渉抑制素子３２７は、図３９および図４０に示すように再生層からの反射光１６の光束径の中心付近にシリンドリカルレンズ１３８の母線の方向に傾いた楕円形状の段差部３９０をしている。【０２１４】  例えば、反射光１６の干渉抑制素子３２７上での光束径を１．２ｍｍとする。このとき、段差部３９０の楕円形状の短径を６０ｕｍ、長径を１２０ｕｍとし、段差を０．３ｕｍとする。【０２１５】  このような干渉抑制素子３２７を透過した反射光の特性を説明する。まず、受光素子１３９上での再生層２ａからの反射光１６およびその手前層２ｂからの反射光１７の波面を検討する。図４１に示す４５度方向および−４５度方向についての反射光１６および１７の波面は、それぞれ図４６および図４７のようになる。図４６および図４７において、スポット半径位置０周辺の波形に段差が生じている曲線が、反射光１６の波面に対応する。図４６および図４７から理解されるように、干渉の影響の大きい中心部分の波面をずらすことによって、干渉後の強度分布の変動を低減する効果が認められる。【０２１６】  図４８および図４９は、干渉抑制素子３２７を用いた場合の受光素子１３９での受光量の強度分布を示す。干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の光量分布を示す図４４および図４５と比べると、受光素子１３９で検出される光量が最大と最小のときで中心付近の光強度の差が小さくなっていることがわかる。この効果により、受光素子１３９で検出する光量の最大値と最小値の差が小さくなる。また、段差部３９０の形状を楕円にすることにより、受光素子１３９の４５度方向と−４５度方向での波面の差による干渉パターンの違いによる光量変動を抑制することが可能になっている。この効果を得るために、楕円率は１：５〜４：５の範囲で設定することが望ましい。【０２１７】  干渉後の光量変動が減少するため、ＲＦ信号の光量およびＦＥ信号のオフセットの発生および変動を低減した良好な信号が得られる。【０２１８】  以上のように、本実施形態による光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層２ｂからの反射光が受光素子に混入しても、再生層２ａからの反射光との干渉の発生を低減できるので、光量変動の少ないＲＦ信号より良好な再生信号と、オフセット変動の少ないＦＥ信号により安定したサーボ動作が可能な光学ヘッドを提供できる。【０２１９】  なお、本実施形態における干渉抑制素子３２７の楕円形状の大きさは深さとの関係で自由に設定可能である。また、干渉抑制素子３２７は楕円形状の段差を有しているとしたが、図５０および図５１に示す矩形形状の段差部５００や、図５２および図５３に示す菱形形状の段差部５２０を設けても同様の効果が得られる。段差部５００の矩形形状のサイズと再生層２ａからの反射光１６のスポットサイズ、および、段差部５２０の菱形形状のサイズと再生層２ａからの反射光１６のスポットサイズとの関係は、図５０および図５２に示すとおりである。【０２２０】  （実施形態９）
図３３から図３５を参照しながら説明したように、実施形態７における偏光変換素子３１７を用いると、再生層２ａおよび再生層の手前の層２ｂからの反射光１６および反射光１７の中心付近以外の領域は偏光方向が互いに直交するために干渉は起こらない。しかし、中心付近は同じ偏光方向なるため干渉が起こり、受光素子１３９で若干の光量の変動が発生し得る。【０２２１】  そこで本実施形態による光学ヘッドは、実施形態７および８の特徴を組み合わせることによって、上述した光量の変動を防止する。本実施形態と先の実施形態７との相違点は、干渉抑制素子の構成にある。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。【０２２２】  図５４は本実施形態による光学ヘッド５４０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド５４０は、光学ヘッド３１０の偏光変換素子３１７（図３１）とは異なる干渉抑制素子５３７を有している。【０２２３】  図５５は本実施形態による干渉抑制素子５３７の構成を示す。干渉抑制素子５３７は、実施形態７における偏光変換素子３１７の中心付近にシリンドリカルレンズ１３８の母線の方向に傾いた楕円形状の段差部５５０を有している。干渉抑制素子５３７の断面は、図４０に示される断面と同じである。【０２２４】  本実施形態では、段差部５５０によって実施形態８において説明した波面の位相のずれを生じさせることにより、中心付近での干渉による光量の変動を低減させることができる。これにより、ＲＦ信号の光量およびＦＥ信号のオフセットの発生および変動をより低減した良好な信号が得られる。【０２２５】  以上のように、本実施形態にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層２ｂからの反射光が受光素子に混入しても、干渉の発生を低減できるので、光量変動の少ないＲＦ信号より良好な再生信号と、オフセット変動の少ないＦＥ信号により安定したサーボ動作が可能な光学ヘッドを提供できる。【０２２６】  なお、本実施形態による干渉抑制素子５３７は、実施形態７および８で説明した構成の任意の組み合わせによって実現でき、同じ効果が得られる。【０２２７】  実施形態７から９に記載の光学ヘッドによれば、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が再生層反射光と干渉するのを防ぎ、ＦＥ信号および再生信号に変動成分を有するオフセットが発生するのを防ぐことができる。これにより、多層光ディスクの層間隔が狭くても安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号を得ることができる。【０２２８】  （実施形態１０）
図５６は本実施形態による光学ヘッド５６０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド５６０の構成要素のうち、図１に示す光学ヘッド１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。【０２２９】  本実施形態においては、光学ヘッド５６０は受光素子５１１を有している。受光素子５１１は複数の受光領域を有している。【０２３０】  図５７は受光素子５１１の構成を示す。回折素子１０の０次光を受光する位置に直交する２本の分割線を境界線として配置された４分割の受光領域５１１ａ〜５１１ｄが構成され、回折素子１０の±１次回折光を受光する位置には、受光領域５１１ａ〜５１１ｄの間の分割線に対して±４５度方向に長い矩形形状の受光領域５１１ｅ、５１１ｆが構成され、ＦＥ信号として、
ＦＥ＝（５１１ａ＋５１１ｄ）−（５１１ｂ＋５１１ｃ）−Ｇ（５１１ｅ−５１１ｆ）（Ｇは係数）
の演算を行う演算回路に接続されている。【０２３１】  受光領域５１１ｅ、５１１ｆの形状は、±１次回折光の光束径よりも小さく、±１次回折光の中央部分の光束を受光するように構成される。より詳細には図５８を参照しながら後述する。【０２３２】  本実施形態においては、通常の非点収差法によるＦＥ信号検出において生じる、複数の記録層からの反射光が干渉して出来る明暗分布の影響を低減するため、受光領域５１１ｅ、５１１ｆから得られる信号を信号検出演算に加えている。【０２３３】  以上のように構成された光学ヘッド５６０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、光ディスク２からの反射光が偏光ビームスプリッタ４で反射されるまでの経路、および、その後回折素子１０に至るまでの経路は、図１で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。【０２３４】  図５６に示すように、回折素子１０に入射した光は回折素子１０によって０次光および±１次光に分岐され、それぞれの光束は受光素子５１１の所定の受光領域で受光される。【０２３５】  このとき、受光素子５１１上の受光領域には光ディスク２の再生層からの反射光だけでなく、非再生層からの反射光も同様の経路で入射するため、受光スポットは干渉により明暗分布が生じる。【０２３６】  図５８は受光素子５１１上の受光領域および受光スポットの関係を示す。再生層で反射された光は、受光スポット５８１、５８２および５８３を形成する。非再生層で反射された光は、受光スポット５８４、５８５および５８６を形成する。いずれも回折素子１０によって０次光、±１次光の３つ光束に分岐されたために３つの受光スポットに分岐されている。【０２３７】  再生層および非再生層からの反射光の干渉によって、光の強度が増加または減少している明暗部５８７、５８８および５８９が現れる。【０２３８】  非再生層で反射された光の焦点位置は再生層との層間隔分だけずれているため、非再生層で反射された光の受光スポット５８４、５８５および５８６は４５度方向に伸びた楕円形状になり、干渉による明暗部５８７、５８８および５８９も４５度方向に伸びた形になる。【０２３９】  また、再生層で反射された光および非再生層反射光のいずれも、光束の中心（光軸付近）の位相変化は小さいため、干渉による明暗部は光束の中央付近の比較的広い領域にわたって形成される。一方、光束の外周部では干渉によって間隔が比較的狭い干渉縞ができるが、干渉は実質的には平均化されるためその影響は小さい。【０２４０】  本実施形態のように光束を３つに分岐させると、明暗部５８７、５８８および５８９の明暗は再生層と非再生層との層間隔により決定される。よって明暗部５８７、５８８および５８９の明暗は一致する。【０２４１】  このような明暗分布が生じている受光スポットに対して、
ＦＥ＝（５１１ａ＋５１１ｄ）−（５１１ｂ＋５１１ｃ）
で演算される通常の非点収差法によるＦＥ信号を適用すると、明暗部５８８は５１１ａ、５１１ｄの領域に多く含まれるため、干渉による明暗の影響がオフセットとして残ってしまう。【０２４２】  一方、本実施形態においては、受光領域５１１ｅおよび受光領域５１１ｆは、±１次回折光の中央部分に現れる明暗部５８７、５８９を検出するように形状および配置が調整されている。より具体的には、受光領域５１１ｅによって検出される明暗部５８７の面積Ａは、受光領域５１１ａおよび５１１ｄ上の明暗部５８８の合計面積Ｂに概略対応している。また、受光領域５１１ｆによって検出される明暗部５８９の面積Ｃは、受光領域５１１ｂおよび５１１ｃ上の明暗部５８８の合計面積Ｄに概略対応するように構成されている。これらの面積Ａ〜Ｄの関係は、Ａ：Ｂ＝Ｃ：Ｄである。よって受光領域５１１ｅおよび受光領域５１１ｆで検出される信号の差は上記のオフセットに対応する。【０２４３】  したがって、下記の演算を行うことにより、干渉によるオフセットの影響を低減したＦＥ信号が得られる。【０２４４】  ＦＥ＝（５１１ａ＋５１１ｄ）−（５１１ｂ＋５１１ｃ）−Ｇ（５１１ｅ−５１１ｆ）【０２４５】  このＦＥ信号のレベルおよび極性に応じて、アクチュエータ１２によって対物レンズ８を光ディスク２に垂直な方向に（光軸方向）に移動させることにより、半導体レーザ３から出射した光を所定の記録層へ集光するフォーカスサーボが実現される。【０２４６】  以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が受光素子に混入し、再生層からの反射光と干渉することによって生じるＦＥ信号のオフセットおよびオフセットの変動を低減することができる。【０２４７】  なお、本実施形態では、回折格子１０によって分岐された２光束を検出し、干渉によるオフセットを補正するために利用した。各光束の中央部分を利用できればよいため、その中央部分に対応する光束のみを分岐させる回折格子をもうけてもよい。【０２４８】  また、分岐された２光束を検出する受光素子の各受光領域の形状・配置は、上述の例に限られない。例えば１つの分岐光を検出し、干渉によるオフセットを補正する場合には、図５９に示す受光素子を利用すればよい。図５９は他の例による受光領域の形状・配置を示す。１つの分岐光は受光領域５１１ｇ〜５１１ｊに入射する。このとき、受光領域５１１ｇ〜５１１ｊ上の受光スポットの形状は、受光領域５１１ａ〜５１１ｄ上の受光スポットの形状と相似または同一である。また、受光領域５１１ｇおよび５１１ｊ上の受光スポット合計面積と受光領域５１１ｈおよび５１１ｉ上の受光スポット合計面積との比は、受光領域５１１ａおよび５１１ｄ上の受光スポット合計面積と受光領域５１１ｂおよび５１１ｃ上の受光スポット合計面積との比に等しい。【０２４９】  よって下記の演算を行うことにより、干渉によるオフセットの影響を低減したＦＥ信号が得られる。【０２５０】  ＦＥ＝（５１１ａ＋５１１ｄ）−（５１１ｂ＋５１１ｃ）−Ｇ（５１１ｇ＋５１１ｊ−５１１ｈ−５１１ｉ）【０２５１】  （実施形態１１）
図６０は本実施形態による光学ヘッド６００の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド６００の構成要素のうち、図１に示す光学ヘッド１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。【０２５２】  光学ヘッド６００は、ホログラム素子６０９および受光素子６１０を有する。【０２５３】  ホログラム素子６０９は、光軸に対して偏心したレンズ効果を有しており、±１次光のいずれかに対し、凸レンズまたは凹レンズの作用をするように設定されている。【０２５４】  図６１は受光素子６１０の構成を示す。受光素子６１０は複数の受光領域６１０ａ〜６１０ｆを有する。受光領域６１０ａ〜６１０ｆは、それぞれホログラム素子３９の±１次回折光を受光する位置に配置される。【０２５５】  受光領域６１０ａ〜６１０ｆは、下記演算によってＦＥ信号を生成する演算回路（図示せず）に接続されている。【０２５６】  ＦＥ＝（６１０ａ＋６１０ｃ＋６１０ｅ）−（６１０ｂ＋６１０ｄ＋６１０ｆ）【０２５７】  以上のように構成された光学ヘッド６００において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、および、光ディスク２からの反射光が偏光ビームスプリッタ４で反射される経路までは、図１で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。【０２５８】  図６０に示すように、光ディスク２からの反射光は偏光ビームスプリッタ４で反射し、ホログラム素子６０９に入射する。ホログラム素子３９は、入射した光を±１次光に分岐する。ホログラム素子６０９によって分岐された光の一方は、受光素子６１０の手前側で焦点を結び、他方は受光素子６１０の奥側で焦点を結ぶようなレンズ効果が与えられる。それぞれの光は受光素子６１０の所定の受光領域で受光される。【０２５９】  このとき、受光素子６１０上の受光領域には光ディスク２の再生層からの反射光だけでなく、非再生層からの反射光も同じ光路を経て入射するため、受光スポットは干渉により明暗分布が生じる。【０２６０】  図６２は受光素子６１０上の受光領域および受光スポットの関係を示す。再生層で反射された光は、受光スポット６２１および６２２を形成する。受光スポット６２１を形成する光束は受光素子６１０の手前側で焦点を結び、受光スポット６２２を形成する光束は受光素子６１０の奥側で焦点を結ぶ。【０２６１】  非再生層（光ディスク表面から見て再生層より手前の層）で反射された光は、受光スポット６２３および６２４を形成する。受光スポット６２３および６２４の大きさが異なる理由は、ホログラム素子３９のレンズ効果のためである。【０２６２】  再生層および非再生層からの反射光の干渉によって、光の強度が増加または減少している明暗部６２５および６２６が現れる。【０２６３】  実施形態１０と同様、再生層で反射された光および非再生層反射光のいずれも、光束の中心（光軸付近）の位相変化は小さいため、干渉による明暗部は光束の中央付近の比較的広い領域にわたって形成される。一方、光束の外周部では干渉によって間隔が比較的狭い干渉縞ができる。【０２６４】  また、明暗部６２５および６２���の明暗は再生層と非再生層との層間隔により決定される。よって明暗部６２５および６２６の明暗は一致する。【０２６５】  本実施形態では、いわゆるスポットサイズ検出法（ＳＳＤ法）によりＦＥ信号を検出する。このとき、３分割受光領域の中央の受光領域の幅ｗを、再生層に焦点が合っている時の受光スポット６２１、６２２の光束径の０．２５倍以上かつ０．６倍以下となるように構成する。【０２６６】  この条件を検出光学系の倍率β、Ｓ字間隔ｄ、対物レンズの開口数ＮＡを用いて表すと
０．２５＜ｗ／（２ＮＡ・ｄ・β）＜０．６  となる。【０２６７】  このような明暗分布が生じている受光スポットに対して、以下の式によってＦＥ信号を求めると、ＦＥ信号に生じるオフセットを低減することができる。【０２６８】  ＦＥ＝（６１０ａ＋６１０ｃ＋６１０ｅ）−（６１０ｂ＋６１０ｄ＋６１０ｆ）【０２６９】  オフセットを低減できる理由は、明暗部６２５、６２６の大部分は、それぞれ３分割された受光領域のうち、中央の受光領域６１０ｂおよび６１０ｅに含まれるため、上記の演算によって明暗分布の影響を相殺できるためである。【０２７０】  このＦＥ信号のレベルおよび極性に応じて、アクチュエータ１２によって対物レンズ８を光ディスク２に垂直な方向に（光軸方向）に移動させることにより、半導体レーザ３から出射した光を所定の記録層へ集光するフォーカスサーボが実現される。【０２７１】  以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が受光素子に混入し、再生層からの反射光と干渉することによって生じるＦＥ信号のオフセットおよびオフセットの変動を低減することができる。【０２７２】  なお干渉の影響は、上述した３分割受光領域の中央の受光領域６１０ｂおよび６１０ｅの短辺方向の幅を広くするほど、除去される。しかし、その幅を大きくしすぎると、ＦＥ信号のＳ字曲線の振幅が小さくなる。よって幅ｗは、２ＮＡ・ｄ・βの約０．４倍程度が適正である。【０２７３】  一方で、上述の幅を狭くすると、明暗部６２５および６２６は中央受光領域６１０ｂ、６１０ｅの領域からはみ出して、それぞれ隣接する受光領域６１０ａおよび６１０ｃと、受光領域６１０ｄおよび６１０ｆとに入る。しかし、はみ出した部分の光の影響は上述の式に含まれる減算によって影響を相殺される。よって幅ｗが２ＮＡ・ｄ・βの約０．２５倍程度であれば、干渉の影響の少ないＦＥ信号を得ることができる。【０２７４】  なお、３分割受光領域の中央受光領域の幅が比較的狭い場合には、下記の演算を行うことにより、オフセット変動の低減効果を高めることができる。なおゲインＧは適当に設定すればよい。【０２７５】  ＦＥ＝（６１０ａ＋６１０ｃ）−（６１０ｄ＋６１０ｆ）−Ｇ（６１０ｂ−６１０ｅ）（Ｇは係数）【０２７６】  実施形態１０および１１に記載の光学ヘッドによれば、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が再生層反射光と干渉するのを防ぎ、ＦＥ信号のオフセットおよびオフセットの変動を低減することができる。これにより、層間隔を狭くして球面収差量を低減した多層光ディスクにおいても、ＦＥ信号のＳ字間隔を比較的余裕をもって確保できるため、安定したサーボ動作が可能となる。【０２７７】  上述の種々の実施形態においては、種々の偏光方向を有する偏光変換素子を説明した。これらの偏光変換素子は、偏光方向を規則的な方向（たとえば４５度や９０度など）に変換するものと、不規則な方向に変換するものとに大別される。それぞれの製造方法は種々考えられる。【０２７８】  偏光方向を規則的に変換する偏光変換素子の製造方法は、たとえば以下の３とおり考えられる。第１は、人工結晶を結晶軸の方向と水平な面で切り出し、偏光方向の数に応���た数の偏光板を作製し、それらを領域ごとに結晶軸が所望の方向を向くように張り合わせる方法である。第２は、基板上に液晶と未硬化の硬化性化合物との混合物を載せ、領域ごとにラビングを行って、液晶の配向方向を揃えた後、硬化性化合物を硬化させる方法である。第３は、基板上に高精細の格子パターンを形成し、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とをスパッタリングによって交互に積層させる方法である。【０２７９】  一方、偏光方向を規則的に変換する偏光変換素子の製造方法は、たとえば以下の２とおり考えられる。第１は、基板上に液晶と未硬化の硬化性化合物との混合物を載せ、不規則にラビングを行って、硬化性化合物を硬化させる方法である。第２は、ガラス基板間に狭持された液晶と未硬化の硬化性化合物との混合物にガラス基板の両側または片側から電圧を印加し、液晶分子の配向方向を所望の偏光特性を有する状態にした後、硬化性化合物を硬化させる方法である。【０２８０】  上述の製造方法によれば、各実施形態において言及した偏光変換素子を製造することが可能である。【０２８１】  上述の各実施形態において説明した光学ヘッドは、光ディスク装置に組み込まれるとして説明した。そこで、図６７を参照しながら、そのような光学ヘッドを備える光ディスクの概略構成を説明する。【０２８２】  図６７は、本発明による光ディスク装置の概略構成を示している。この光ディスク装置は、実施形態１から１１までのいずれかの光学ヘッド６７０、光ディスク２を回転させるディスクモータ６７２、および各種の信号処理を行う部分を備えている。【０２８３】  図１に示す構成例では、光学ヘッド６７０の出力がフロントエンド信号処理部６７６を介してエンコーダ／デコーダ６７８に送られる。エンコーダ／デコーダ６７８は、データ読み出し時、光学ヘッド６７０によって得られる信号に基づいて光ディスク２に記録されているデータを復号する。データ書き込み時、エンコーダ／デコーダ６７８はユーザデータを符号化し、光ディスク２に書き込むべき信号を生成し、光学ヘッド６７０に送出する。【０２８４】  フロントエンド信号処理部６７６は、光学ヘッド６７０の出力に基づいて再生信号を生成する一方、フォーカス誤差信号ＦＥやトラッキング誤差信号ＴＥを生成する。フォーカス誤差信号ＦＥやトラッキング誤差信号ＴＥは、サーボ制御部６８０に送出される。サーボ制御部６８０は、ドライバアンプ６７４を介してディスクモータ６７２を制御する一方、光学ヘッド６７０内のアクチュエータを介して対物レンズの位置を制御する。具体的には、サーボ制御部６８０は、フォーカス誤差信号ＦＥに基づいて対物レンズの位置を光ディスク２の情報記録層に垂直な方向に制御する。その結果、光の焦点が継続して再生対象または記録対象の情報記録層上に位置する。またサーボ制御部６８０は、トラッキング誤差信号ＴＥに基づいて対物レンズの位置を光ディスク２の半径方向に制御する。その結果、光の焦点が継続して再生対象または記録対象の情報記録層のトラックに追従する。エンコーダ／デコーダ６７８およびサーボ制御部６８０などの構成要素は、ＣＰＵ６７９によって制御される。なお、本発明による光ディスク装置は、図６７に示す構成を有するものに���定されない。
【産業上の利用可能性】
【０２８５】  本発明にかかる光学ヘッドは、多層の光記録媒体から情報の再生を行う際に、非再生層からの反射光が受光素子に混入し干渉することにより生じるフォーカスエラー信号のオフセットを低減することができる。これにより、光記録媒体の情報記録層の間隔が狭くても安定したサーボ動作が可能な装置を提供できる。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月7日(2007.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１記録層および第２記録層を含む複数の記録層を備えた光ディスクに対して、記録および再生の少なくとも一方を行う光学ヘッドであって、
光源と、
前記光源からの光を前記第１記録層および前記第２記録層のいずれか一方に集光する第１光学系と、
前記光が前記第１記録層に集光されているときに、前記第１記録層で反射された反射光および前記第２記録層で反射された迷光を受けて透過する第２光学系と、
複数の受光領域を有する受光素子であって、各受光領域は、前記第２光学系を介して入射した光の光量に応じた信号を出力する受光素子と、
前記複数の受光領域のうちの第１受光領域群から出力される第１信号群の和および第２受光領域群から出力される第２信号群の和を差動演算してフォーカスエラー信号を生成する演算部と
を有し、前記第２光学系に入射した前記反射光および前記迷光は互いに干渉しており、第１受光領域群および前記第２受光領域群は、干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含むように配置されている、光学ヘッド。
【請求項２】
前記第２光学系は非点収差素子を有しており、
前記非点収差素子は、前記反射光および前記迷光に対して、前記受光素子の受光面上の所定の方向に非点収差を与え、
前記複数の受光領域は前記所定の方向に関して非対称に配置されており、
前記第１受光領域群は前記所定の方向に配置された少なくとも２つの受光領域によって構成され、前記第２受光領域群は前記所定の方向と直角な方向に配置された少なくとも２つの受光領域によって構成されている、請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記第２光学系は偏光変換素子を有しており、
前記偏光変換素子は、前記反射光および前記迷光が透過する複数の領域を有しており、互いに隣接する２つの領域は、透過する光を異なる偏光方向に変換する光学的特性を有する、請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記第２光学系はさらに非点収差素子を有しており、
前記非点収差素子は、前記反射光および前記迷光に対して、前記受光素子の受光面上の所定の方向に非点収差を与え、
前記複数の領域は、前記所定の方向に関して対称な複数の分割線を有するように配置されている、請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記複数の分割線の各々は光軸と交わるように構成されている、請求項４に記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記複数の領域は、透過する光の偏光方向が互いに直交する少なくとも２つの領域と、前記少なくとも２つの領域に挟まれた領域とを含んでおり、前記挟まれた領域は透過する光の偏光方向を連続的に変化させるように構成されている、請求項４に記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記互いに隣接する２つの領域は、光軸を中心とした円環状に配置されている、請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記複数の領域は、透過する光を任意の偏光方向に変換する光学的特性を有する、請求項３に記載の光学ヘッド。
【請求項９】
前記第２光学系は干渉抑制素子を有しており、
前記干渉抑制素子は、前記反射光および前記迷光の光軸を含む中心部分を透過する第１光路と、前記中心部分の外側の周辺部分を透過する第２光路とを有しており、前記第１光路の光路長と前記第２光路の光路長とが異なる、請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１０】
前記干渉抑制素子は、前記反射光および前記迷光が入射する面に光学的な段差を有しており、前記段差に起因して前記第１光路の光路長と前記第２光路の光路長とが異なる、請求項９に記載の光学ヘッド。
【請求項１１】
前記第２光学系は光分岐素子を有しており、
前記光分岐素子は、前記反射光および前記迷光の光軸を含む中心部分を少なくとも２つの光束に分岐し、
前記第１受光領域群および前記第２受光領域群は、前記少なくとも２つの光束のそれぞれを受光して、前記第１信号群および前記第２信号群をそれぞれ出力する、請求項１に記載の光学ヘッド。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の光学ヘッドと、
光ディスクを回転させるモータと、
前記光学ヘッドおよび前記モータを制御する制御部と
を備え、前記制御部は、前記光学ヘッドから出力される前記フォーカスエラー信号に基づいて、前記光が継続して前記光ディスクの第１記録層に集光されるように前記光学ヘッドを制御する、光ディスク装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクまたは光カードなどの光記録媒体上に情報を記録し、記録された情報を再生しまたは消去するための装置に関する。
【０００２】
本発明は特に、複数の情報記録層を有する光ディスクに対して、正確な記録動作および／または再生動作が可能な光学ヘッドおよび光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、光ディスクには大容量の情報を表す信号を高密度で記録できるため、オーディオ、ビデオ、コンピュータ等の多くの分野において利用が進められている。そして、さらなる記録容量の増加が望まれており、現在までに様々な検討がなされている。記録容量を増加する方法のひとつとして、情報記録層を複数設ける技術が開発されている。
【０００４】
しかし、このような多層光ディスクには、再生を行う所望の記録層（以後、再生層）からの反射光に、再生層以外の記録層（以後、非再生層）からの反射光が混入し、サーボ制御が不安定になるという課題がある。
【０００５】
例えば、多層光ディスクの情報記録層の間隔が、フォーカスエラー信号（以後、ＦＥ信号）のＳ字曲線の最大および最小のピーク振幅間のフォーカスずれ量（以後、Ｓ字間隔）と比較的近い場合には、再生層で反射した光から得られるＳ字曲線の信号と非再生層で反射した光によるＳ字曲線の信号とが重なる。すなわち、ＦＥ信号には非再生層からの反射光の影響が含まれることになる。その結果、対物レンズの制御が正確に行われず、所望の記録層に光スポットが集光できなくなることがある。
【０００６】
このとき、多層光ディスクの層間隔に対してＳ字間隔を十分狭くすると、上述の課題はある程度解決されるが、光の焦点をフォーカス制御可能な状態まで再生層近傍まで移動させることが困難になる。さらに記録再生時に振動などの外乱によりフォーカスサーボが外れやすくなるという新たな課題が生じる。また、Ｓ字間隔をある程度確保し、層間隔を広げると光ディスク表面から最も奥の記録層までの厚さが厚くなり、開口数（ＮＡ）が大きな対物レンズを使用する光学ヘッドでは球面収差が増大してしまう。
【０００７】
このような課題を解決するため、特許文献１は、非点収差法によるＳ字間隔の狭いＦＥ信号とＳＳＤ法（スポットサイズ検出法）によるＳ字間隔の広いＦＥ信号を検出して利用する技術を開示している。具体的には、特許文献１の光ディスク装置は、ＳＳＤ法によるＳ字間隔の広いＦＥ信号を用いることにより、光の焦点をフォーカス制御可能な状態まで安定して再生層近傍まで移動させる。その後、非再生層の影響を受け難いＳ字間隔の狭いＦＥ信号を用いて、それぞれの層でフォーカスサーボを行う。
【特許文献１】特開２００２−１９０１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示される光学ヘッドは、再生層反射光と非再生層反射光との干渉の影響を考慮していないという課題がある。
【０００９】
多層光ディスクにレーザ光を照射すると、再生層反射光と非再生層反射光とが光学ヘッドの受光素子上で干渉して明暗の分布を形成する。したがって、受光素子上で光束を分割してＦＥ信号を検出すると、そのＦＥ信号には不要な迷光に起因するオフセットが重畳される。これでは精度の高いフォーカスサーボが実現できない。
【００１０】
また、光ディスクの各記録層の層間隔は面内でばらつきがあり、光ディスクを回転させると、反射経路の光学長が変化するため、再生層反射光と非再生層反射光の位相差が変動して受光素子上の明暗分布を変動させる。したがって、この干渉により発生したオフセットは光ディスクの回転により変動するため、著しくサーボが不安定になる。
【００１１】
以下、図面を参照しながら従来技術の課題を説明する。
【００１２】
図６８は一般的な光学ヘッド５１の構成を示す。以下、光学ヘッド５１において、多層光ディスク５２から情報を再生する際の光の経路を説明する。
【００１３】
光学ヘッド５１の半導体レーザ５３から出射された光は、偏光ビームスプリッタ５４、１／４波長板５５、コリメートレンズ５６、ミラー５７、対物レンズ５８を経由して、多層光ディスク５２の所望の記録面に集光される。多層光ディスク５２で反射した光は、再び対物レンズ５８、ミラー５７、コリメートレンズ５６、１／４波長板５５を経由し、偏光ビームスプリッタ５４に入射する。偏光ビームスプリッタ５４で反射された光は非点収差発生素子５９へ導かれ、非点収差を付与された後、ホログラム素子６０により、０次光および±１次光に分岐される。
【００１４】
ホログラム素子６０を透過した光を４分割受光素子６１で受光し演算することにより、ＦＥ信号の検出が行われる。このとき、受光素子６１上の受光部には光ディスク５２の再生層からの反射光だけでなく、非再生層からの反射光も同じ経路で入射し、再生層反射光と干渉するため、受光スポットに干渉縞による明暗分布が生じる。これは積層された情報記録層の数が多くなるほど顕著になる。非再生層の各々から１回反射して受光素子に到達する光のみならず、非再生層の各々において複数回反射して受光素子に到達する光も存在するためである。
【００１５】
たとえば図６９（ａ）〜（ｅ）は６層光ディスクにおける再生層Ｌ２で反射した光と干渉する光の経路の例を示す。光は図の左上側から入射するとして光の経路を記載している。図６９（ａ）は再生層Ｌ２で反射した光を波線で示し、非再生層Ｌ１、Ｌ３で反射した光を実線で示している。図８（ｂ）〜（ｅ）は３回反射迷光を実線で示し、再生層で反射する光を波線で示している。
【００１６】
図６９（ａ）で示した１回反射の迷光は、受光素子上ではデフォーカスした受光スポットとなるが、反射光量は再生層反射光と同等であるため、層間隔が離れていなければ干渉による影響は大きい。
【００１７】
一方、図６９（ｂ）〜（ｅ）に示す３回反射迷光の光量は、再生層での反射光に比べれば数％程度であるが、各層間隔の差が近い場合には高い干渉性を持つため、影響は無視できない。例えば、図６９（ｂ）に示すように、Ｌ２層とＬ３層との間隔がＬ３層とＬ４層との間隔と近い場合、３回反射した迷光は再生層反射光とほぼ同一の光路を通るため、干渉の影響を大きく受ける。
【００１８】
図７０は受光素子６１上の受光領域６１ａ〜６１ｄと受光スポット７１および７２との関係を示している。受光スポット７１は再生層で反射した光に対応し、受光スポット７２は非再生層で反射した光を示す。
【００１９】
受光スポット７１および７２には、受光部の分割線に対して４５度の方向に非点収差が与えられている。例えば、＋４５度方向成分の集光位置は、ホログラム素子６０から見て受光素子６１より手前になるように非点収差が与えられている。また、−４５度方向成分の集光位置は、ホログラム素子６０から見て受光素子６１より奥になるように非点収差が与えられている。その結果、受光スポット７１の位相分布は、＋４５度方向は端に行くほど位相が進み、−４５度方向は端に行くほど位相が遅れる。
【００２０】
一方、受光スポット７２は、受光素子６１上ではぼけて広がった光となるため、位相の分布はほぼ一様となる。
【００２１】
図７１（Ａ）〜（Ｄ）は、このような位相分布を持つ受光スポット７１と７２が干渉したときの干渉縞の模様を模式的に示す。この図において斜線部は干渉縞であり、受光スポットの他の部分より明るいことを示している。
【００２２】
図７１（Ａ）〜（Ｄ）に示す干渉縞の違いは、再生層反射光と非再生層反射光との位相差と対応しており、図７１（Ａ）は再生層反射光の中央付近の位相と非再生層反射光の位相がπ／２程度離れているときの明暗分布を示す。図７１（Ｃ）は中央付近の位相差が比較的小さいときの明暗分布を示す。図７１（Ｂ）および（Ｄ）は再生層反射光の＋４５度方向または−４５度方向の位相と、非再生層からの反射光の位相とが比較的近いときの明暗分布を示す。
【００２３】
図７０および図７１において、受光領域６１ａから受光領域６１ｃに向かう方向が光ディスク５２の情報トラックに光学的に対応する方向である。受光領域の参照符号を用いて表現すると、ＦＥ信号は以下の式によって得られる。
【００２４】
ＦＥ＝（６１ａ＋６１ｄ）−（６１ｂ＋６１ｃ）
【００２５】
以上のような干渉状態においてＦＥ信号の検出を行うと、図７１（Ｂ）の状態では正のオフセットが発生し、反対に図７１（Ｄ）の状態では負のオフセットが生じる。したがって光ディスクを回転させると、光ディスク面内の各記録層の層間隔ばらつきにより再生層反射光と非再生層反射光の位相差が変動する。それに伴い干渉縞が変化してオフセットが変動するために、著しくサーボが不安定になる。
【００２６】
ここで干渉により明暗分布が反転する際の層間隔のばらつきの条件を考える。例えば、光源から出射し光軸付近を通過した後、多層光ディスクの再生層で反射する光と、同様に光軸付近を通過し非再生層で反射する光との受光素子上での干渉を考えると、この２つの光路を通る光の位相差は再生層と非再生層との層間隔で決まる。
【００２７】
このため、再生層と非再生層との間を往復する光路内に存在する光波の数が１／２個分ずれると位相差がπ／２ずれ、明暗が反転することになる。
【００２８】
例えば、光源波長０．４μｍ、再生層と非再生層の間の中間層の屈折率１．６とすると、再生層と非再生層の間隔が０．０６２５μｍずれただけで明暗が逆転することになり、これは光ディスクの面内ばらつきとしては十分起こりうる値である。そのため、光ディスクを回転させると、光ディスク面内の層間隔ばらつきにより干渉縞が変化してＲＦ信号とフォーカスオフセットが変動し、著しくサーボが不安定になる。また、この明暗分布の変動は、受光領域６１ａ〜６１ｄで受光される信号の和信号である再生信号にも直接悪影響を与えるため、良好な再生信号を得ることができなくなる。
【００２９】
この現象は、ＮＡ０．８以上の対物レンズや波長４０５ｎｍ付近の光源を用いて記録の高密度化を達成した光学ヘッドにおいては特に顕著な課題となる。
【００３０】
なお、上述したホログラム素子６０に複数の領域を設け、領域ごとに回折する光の位相が異なるように構成することによって、フォーカスエラー信号の精度を向上させる方法も提案されている（たとえば特開２００１−２７７１０号公報）。当該ホログラム素子を用いると、受光素子上で複数の位相の光が重なり、異なる位相の多重化により干渉の均一化を図ることが可能である。
【００３１】
しかし、そのようなホログラム素子は、回折光同士の干渉の影響を緩和してフォーカスエラー信号のうねりを平均化する機能は有しているに過ぎない。フォーカスエラー信号に加えてトラッキングエラー信号や再生信号の検出を考慮すると、それら全ての信号をホログラム回折光で検出することは一般的に効率が悪い。例えば、一般的なホログラム素子の±１次回折の回折効率が最大各３０％程度だとすると、ホログラム素子に入射する光の６０％程度しか信号検出に使えないことになる。
【００３２】
本発明の目的は、多層光ディスクに対して記録再生を行う際に、非再生層からの反射光による干渉の影響を低減し、良好なサーボ信号（フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号）や再生信号を得ることが可能な光学ヘッドを提供することである。併せて本発明の目的は、ホログラム素子透過光に対しても適用可能で、サーボ信号や再生信号等を検出するための光量を十分確保できる光学ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明による光学ヘッドは、第１記録層および第２記録層を含む複数の記録層を備えた光ディスクに対して、記録および再生の少なくとも一方を行う。前記光学ヘッドは、光源と、前記光源からの光を前記第１記録層および前記第２記録層のいずれか一方に集光する第１光学系と、前記光が前記第１記録層に集光されているときに、前記第１記録層で反射された反射光および前記第２記録層で反射された迷光を受けて透過する第２光学系と、複数の受光領域を有する受光素子であって、各受光領域は、前記第２光学系を介して入射した光の光量に応じた信号を出力する受光素子と、前記複数の受光領域のうちの第１受光領域群から出力される第１信号群の和および第２受光領域群から出力される第２信号群の和を差動演算してフォーカスエラー信号を生成する演算部とを有している。前記第２光学系に入射した前記反射光および前記迷光は互いに干渉しており、第１受光領域群および前記第２受光領域群は、干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含むように配置されている。
【００３４】
前記第２光学系は非点収差素子を有し、前記非点収差素子は、前記反射光および前記迷光に対して前記受光素子の受光面上の所定の方向に非点収差を与え、前記複数の受光領域は前記所定の方向に関して非対称に配置され、前記第１受光領域群は前記所定の方向に配置された少なくとも２つの受光領域によって構成され、前記第２受光領域群は前記所定の方向と直角な方向に配置された少なくとも２つの受光領域によって構成されていてもよい。
【００３５】
前記第２光学系は偏光変換素子を有し、前記偏光変換素子は前記反射光および前記迷光が透過する複数の領域を有しており、互いに隣接する２つの領域は、透過する光を異なる偏光方向に変換する光学的特性を有していてもよい。
【００３６】
前記第２光学系はさらに非点収差素子を有し、前記非点収差素子は、前記反射光および前記迷光に対して前記受光素子の受光面上の所定の方向に非点収差を与え、前記複数の領域は、前記所定の方向に関して対称な複数の分割線を有するように配置されていてもよい。
【００３７】
前記複数の分割線の各々は光軸と交わるように構成されていてもよい。
【００３８】
前記複数の領域は、透過する光の偏光方向が互いに直交する少なくとも２つの領域と、前記少なくとも２つの領域に挟まれた領域とを含んでおり、前記挟まれた領域は透過する光の偏光方向を連続的に変化させるように構成されていてもよい。
【００３９】
前記互いに隣接する２つの領域は、光軸を中心とした円環状に配置されていてもよい。
【００４０】
前記複数の領域は、透過する光を任意の偏光方向に変換する光学的特性を有していてもよい。
【００４１】
前記第２光学系は干渉抑制素子を有し、前記干渉抑制素子は、前記反射光および前記迷光の光軸を含む中心部分を透過する第１光路と、前記中心部分の外側の周辺部分を透過する第２光路とを有し、前記第１光路の光路長と前記第２光路の光路長とは異なっていてもよい。
【００４２】
前記干渉抑制素子は、前記反射光および前記迷光が入射する面に光学的な段差を有し、前記段差に起因して前記第１光路の光路長と前記第２光路の光路長とが異なっていてもよい。
【００４３】
前記第２光学系は光分岐素子を有し、前記光分岐素子は、前記反射光および前記迷光の光軸を含む中心部分を少なくとも２つの光束に分岐し、前記第１受光領域群および前記第２受光領域群は、前記少なくとも２つの光束のそれぞれを受光して、前記第１信号群および前記第２信号群をそれぞれ出力してもよい。
【００４４】
本発明による光ディスク装置は、上述のいずれかの光学ヘッドと、光ディスクを回転させるモータと、前記光学ヘッドおよび前記モータを制御する制御部とを備えている。前記制御部は、前記光学ヘッドから出力される前記フォーカスエラー信号に基づいて、前記光が継続して前記光ディスクの第１記録層に集光されるように前記光学ヘッドを制御する。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の光学ヘッドおよびそのような光学ヘッドを備えた光ディスク装置によれば、多層光ディスクに対して記録再生を行う際に、記録再生を行っている記録層のフォーカスエラー（ＦＥ）信号に、他の記録層での反射光が混入し干渉することにより生じるオフセットを低減するようにした極めて良好な光学ヘッド装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
まず、本発明による光学ヘッドの概要を説明する。
【００４７】
本発明による光学ヘッドは、複数の情報記録層を備えた光ディスクに対して、記録および再生の少なくとも一方を行うことができる。いま、光ディスクに設けられている情報記録層を、第１記録層と第２記録層とする。
【００４８】
光学ヘッドは、光源からの光を第１記録層および第２記録層のいずれか一方に集光する第１光学系と、光が第１記録層に集光されているときに、第１記録層で反射された反射光および第２記録層で反射された迷光を受けて透過する第２光学系と、受光素子と、演算部とを備えている。
【００４９】
受光素子は複数の受光領域を有しており、各受光領域は第２光学系を介して入射した光の光量に応じた信号を出力する。第２光学系に入射した反射光および迷光は互いに干渉しており、第１受光領域群および第２受光領域群は、干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含む位置に配置されている。
【００５０】
演算部は、複数の受光領域のうちの第１受光領域群から出力される第１信号群の和および第２受光領域群から出力される第２信号群の和を差動演算してフォーカスエラー信号を生成する。この演算部は、受光素子から独立した回路として実装されてもよいし、受光素子に含まれてもよい。
【００５１】
第１受光領域群および第２受光領域群をどのように配置するかについては、大きく分けて２通りの方法が考えられる。
【００５２】
第１は、第１受光領域群および第２受光領域群を構成する各受光領域の形状および配置関係を調整する方法である。第２光学系を介して受け取る光の明暗分布を考慮して各受光領域を配置することにより、ＦＥ信号を生成する際の差動演算によって明暗分布の影響が相殺される。これにより、ＦＥ信号におけるオフセットの発生が抑制される。この方法は、いわゆるスポットサイズ法によるＦＥ信号の検出に際しても有用である。
【００５３】
第２は、第１受光領域群および第２受光領域群を構成する各受光領域の形状および配置関係を考慮して、第２光学系を介して受け取る光の明暗分布調整する方法である。
【００５４】
たとえば、第２光学系に、上述した反射光と迷光の偏光方向を変更させるための光学素子を設ければよい。反射光と迷光の偏光方向を直交させる光学素子を設けた場合には、明暗分布は発生しない。反射光と迷光の偏光方向を任意に、または所定の規則で相違させる光学素子を設けた場合には、明暗分布の発生の程度を低減できる。
【００５５】
または、第２光学系に、光路長を変更するための光学的な段差を有する光学素子を設けてもよい。反射光と迷光の干渉の影響は、各々の光の中心部分の波面が一致することにより大きくなる。したがって光学的な段差を設けて互いの中心部分の波面をずらすことによって、干渉後の強度分布の変動を低減することができる。
【００５６】
結果として、第１受光領域群および第２受光領域群は、干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含むように配置されることとなる。
【００５７】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００５８】
（実施形態１）
図１は本実施形態による光学ヘッド１の構成を示す。この光学ヘッドは光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。
【００５９】
光学ヘッド１は、半導体レーザ３、偏光ビームスプリッタ４、１／４波長板５、コリメートレンズ６、ミラー７、対物レンズ８、非点収差発生素子９、ホログラム素子１０、４分割受光素子１１およびアクチュエータ１２を有する。
【００６０】
図１には２以上の情報記録層を有する多層光ディスク２が記載されているが、これは説明の便宜のためである。光ディスク２は光学ヘッド１の構成要素ではない。光ディスク２は、たとえばＤＶＤやブルーレイ・ディスク（ＢＤ）である。以下ではＢＤであるとする。
【００６１】
半導体レーザ３は光源であり、たとえば波長０．４μｍのレーザ光を放射する。
【００６２】
非点収差発生素子９はシリンドリカルレンズなどの透光性材料から構成されている。非点収差発生素子９は、光ディスク２の情報トラックに光学的に対応する光学ヘッド１内の方向に対して４５度方向に非点収差が発生するように配置されている。
【００６３】
ホログラム素子１０は、情報トラックに対応する方向に対して光束を左右に２分割し異なる方向に回折させる。４分割受光素子１１は、ホログラム素子１０を透過した光のうちの０次光を受光する位置に配置されている。
【００６４】
特に説明しない構成要素は、その名称によって機能および構成は周知であるため説明は省略する。
【００６５】
図２は、４分割受光素子１１の構成を示す。受光素子１１は、受光領域１１ａ〜１１ｄを有する。各々は境界線２８および２９によって区分されている。図２には、受光スポット２１が円形破線示されている。なお破線の直線３１および３１は、参考のために記載している。直線３１は受光スポット２１の中心を通って光ディスク２の情報トラックと光学的に対応した方向に引かれている。直線３２は受光スポット２１の中心で直線３１と直交している。
【００６６】
図２において、受光領域１１ａおよび１１ｂの境界線２８は直線３１の左側に位置している。受光領域１１ｃおよび１１ｄの境界線２８は直線３１の右側に位置している。また、受光領域１１ａおよび１１ｃの境界線２９は直線３２の下側に位置している。受光領域１１ｂおよび１１ｄの境界線２９は直線３２の上側に位置している。
【００６７】
以上のように構成された光学ヘッド１において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を、再び図１を参照しながら説明する。
【００６８】
半導体レーザ３から出射された光は、偏光ビームスプリッタ４、１／４波長板５、コリメータレンズ６、ミラー７、対物レンズ８を経由して、多層光ディスク２の所望の情報記録層に集光される。多層光ディスク２で反射した光は、再び対物レンズ８、ミラー７、コリメータレンズ６、１／４波長板５を経由し、偏光ビームスプリッタ４に入射する。このとき、反射光の偏光は半導体レーザ３からの出射光の偏光に対して９０度ずれているため、偏光ビームスプリッタ４で反射され、非点収差発生素子９へ導かれる。非点収差発生素子９によって非点収差を付与された光は、ホログラム素子１０に入射し、０次光および±１次光に分岐される。なおこの±１次光に基づいてトラッキングエラー信号が得られるが、詳細な説明は省略する。
【００６９】
また、ホログラム素子１０を透過した光を４分割受光素子１１で受光し演算することにより、ＦＥ信号の検出が行われる。このとき前述した一般的な光学ヘッドと同様に、その受光スポットは非再生層からの反射光との干渉により明暗分布を生じる。ＦＥ信号は演算回路によって以下の式にしたがって計算される。
【００７０】
ＦＥ＝（１１ａ＋１１ｄ）−（１１ｂ＋１１ｃ）
【００７１】
なお、上述の式における「１１ａ」、「１１ｄ」等は、それぞれ受光領域１１ａ、１１ｄ等で受光された信号を示す。なお、演算回路は、たとえば図５７に示す受光領域５１１ａ〜５１１ｄと接続された差動演算回路である。演算回路は、受光素子から独立した回路として実装されてもよいし、受光素子に含まれてもよい。本明細書において以下に言及する演算回路についても同様である。
【００７２】
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、再生層反射光と非再生層反射光の位相差に応じて変わる受光素子１１上の明暗分布を示す。図３において斜線部は干渉縞を示しており、受光スポットの他の部分より明るいことを示している。なお、この図において非再生層反射光は図示を省略している。
【００７３】
図３（Ａ）は再生層反射光の中央付近の位相と非再生層反射光の位相がπ／２程度離れているときの明暗分布を示す。図３（Ｃ）は中央付近の位相差が比較的小さいときの明暗分布を示す。図３（Ｂ）および（Ｄ）は再生層反射光の＋４５度方向または−４５度方向の位相と、非再生層からの反射光の位相とが比較的近いときの明暗分布を示す。
【００７４】
以上のような明暗分布を生じている受光スポットに基づくＦＥ信号の検出を考える。このとき、図３（Ａ）および（Ｃ）の状態では、干渉縞による明暗分布の影響は、受光領域１１ａ、１１ｄと受光領域１１ｂ、１１ｃにおいてほぼ均等であり、ＦＥ信号にオフセットを生じない。
【００７５】
また、図３（Ｂ）の状態において受光スポット左上および右下に発生した干渉縞は、受光領域１１ａ、１１ｄだけでなく、その一部が受光領域１１ｂ、１１ｃの受光領域にも入る。よってＦＥ信号を演算すると、明暗分布の影響が相殺されてオフセットの発生が抑制される。同様に図３（Ｄ）の状態でも、各受光領域に明部が含まれるためＦＥ演算により影響が相殺されオフセットの発生が抑制される。
【００７６】
すなわち、図２に示す受光素子１１に関し、受光領域１１ａおよび１１ｄと、受光領域１１ｂおよび１１ｃとは、干渉によって生じる光量の変動の影響を均等に含む位置に配置されているといえる。その結果、ＦＥ信号を生成する際の差動演算によって明暗分布の影響が相殺される。これにより、変動成分を有する干渉によるオフセットを低減した良好なＦＥ信号が得られる。
【００７７】
このＦＥ信号のレベルおよび極性に応じて、アクチュエータ１２によって対物レンズ８を光ディスク２に垂直な方向に（光軸方向）に移動させることにより、半導体レーザ３から出射した光を所定の記録層へ集光するフォーカスサーボが実現される。
【００７８】
以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が受光素子に混入し、再生層からの反射光と干渉することによって生じるＦＥ信号のオフセットおよびオフセットの変動を低減することができる。
【００７９】
なお、本実施形態においては、干渉縞が非点収差の与えられている方向およびその直交方向である±４５度方向に対して対称に現れることに注目し、受光領域の形状をこの±４５度方向の対称軸に対して非対称の形状にすることを特徴としている。したがって、各受光領域の形状を±４５度方向の対称軸に対して反転しても同様の結果が得られる。
【００８０】
例えば、図２に示す受光素子１１において、左上−右下方向を−４５度方向、右上−左下方向を＋４５度方向とすると、−４５方向の対称軸に対して受光領域１１ａおよび１１ｄを反転し、＋４５度方向の対称軸に対して受光領域１１ｂおよび１１ｃを反転させると、受光素子を直線３１に対して反転した場合と同じ形状となる。このような受光素子においても上述の効果が得られる。
【００８１】
上述の各受光領域の境界線２８および２９の配置および形状は例である。上述の効果を得られる境界線２８および２９の配置および形状は種々設定できる。換言すれば、境界線によって定まる各受光領域の配置および形状は種々設定できる。図４は、他の例による境界線２８および２９の配置を示す。また図５に示す境界線を設けることもできる。図５は、さらに他の例による境界線３０−１〜３０−４の配置を示す。さらに境界線を曲線にしてもよい。上述した種々の境界線によって区画される受光領域を利用しても同じ効果が得られる。
【００８２】
（実施形態２）
本実施形態と先の実施形態１との相違点は、受光素子１１における受光領域のみである。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。
【００８３】
図６は本実施形態による４分割受光素子の構成を示す。４分割受光素子は、受光領域１１ｅ〜１１ｈを有する。受光素子１１はＦＥ＝（１１ｅ＋１１ｈ）−（１１ｆ＋１１ｇ）の演算によりＦＥ信号の検出を行う演算回路（図示せず）に接続されている。
【００８４】
受光領域１１ｅ〜１１ｈは直線３１と直線３２で区切られた４つの領域に一つずつ配置されており、それぞれ、受光領域から直線３１までの間隔と受光領域から直線３２までの間隔が等しくならないように配置されている。
【００８５】
例えば、受光領域１１ｅは、その右側の境界線と直線３１との間隔をａ、その下側の境界線と直線３２との間隔をｂとすると、間隔ｂよりも間隔ａのほうが大きくなるように、ずらして配置されている。他の受光領域ｆ〜ｈも同様にずらして配置されている。
【００８６】
図７（Ａ）〜（Ｄ）は、再生層反射光と非再生層反射光の位相差に応じて変わる受光素子１１上の明暗分布を示す。図７の表記の意味は図３と同じである。
【００８７】
図７（Ａ）は再生層反射光の中央付近の位相と非再生層反射光の位相がπ／２程度離れているときの明暗分布を示す。図７（Ｃ）は中央付近の位相差が比較的小さいときの明暗分布を示す。図７（Ｂ）および（Ｄ）は再生層反射光の＋４５度方向または−４５度方向の位相と、非再生層からの反射光の位相とが比較的近いときの明暗分布を示す。
【００８８】
以上のような明暗分布を生じている受光スポットに基づくＦＥ信号の検出を考える。このとき、図７（Ａ）および（Ｃ）の状態では、干渉縞による明暗分布の影響は、受光領域１１ｅ、１１ｈと受光領域１１ｆ、１１ｈにおいてほぼ均等であり、ＦＥ信号にオフセットを生じない。
【００８９】
また、図７（Ｂ）の状態において受光スポット左上および右下に発生した干渉縞は、受光領域１１ｅ、１１ｈの受光領域から外れるため、明暗分布の影響によるオフセットが低減される。同様に図７（Ｄ）の状態でも、明部の一部が受光領域から外れるためオフセットが低減される。
【００９０】
これにより、変動成分を有する干渉によるオフセットを低減した良好なＦＥ信号が得られる。このＦＥ信号のレベルおよび極性に応じて、アクチュエータ１２によって対物レンズ８を光ディスク２に垂直な方向に（光軸方向）に移動させることにより、半導体レーザ３から出射した光を所定の記録層へ集光するフォーカスサーボが実現される。
【００９１】
実施形態１の構成によれば、受光領域１１ａの直線３２より下側の部分、受光領域１１ｂの直線３１より左側の部分、受光領域１１ｃの直線３１より右側の部分、受光領域１１ｄの直線３２より下側の部分において、逆位相のＦＥ信号を発生させるため、ＦＥ振幅を低下させるという副作用が発生していた。しかし本実施形態においては、上述した部分は光を受けない不感帯として構成したため、実施形態１で得られる効果に加え、ＦＥ振幅の低下を防ぐことが可能になる。
【００９２】
また、受光信号のゲイン調整に利用される受光領域１１ｅ〜１１ｈの総和信号は、図７（Ａ）および（Ｃ）に示す干渉が発生した状態において差が大きく、また変動するため問題であった。しかし本実施形態の構成によれば、この総和信号の変動幅も低減できる。
【００９３】
本願発明者らは、直線３１と受光領域１１ｅ、１１ｈとの距離、あるいは、直線３２と受光領域１１ｆ、１１ｇとの距離をＷ、受光素子１１上の受光スポット２１の直径をＤとしたとき、
０．０５＜Ｗ／Ｄ＜０．２
とすると効果的であることを見出した。Ｗを大きくしすぎると、ＦＥ信号のＳ字振幅の低下を招き、Ｗが小さすぎると本発明の効果が発揮されない。
【００９４】
なお、本実施形態も各受光領域の形状を±４５度方向の対称軸に対して反転しても同様な効果が得られる。図８は、他の例による受光領域の配置を示す。図８に示す受光領域は、図６において、例えば左上−右下方向を−４５度方向としたときにおいて、この−４５方向の対称軸に対して受光領域１１ｅ、１１ｈを反転すると得られる。
【００９５】
本願発明者らはさらに、受光領域１１ｅ、１１ｆと受光領域１１ｇ、１１ｈの間の幅をＷとしたとき、
０．１＜Ｗ／Ｄ＜０．４
とすると効果的であることを見出した。
【００９６】
さらに、干渉縞が±４５度方向の対称軸に対して対称に現れることを利用すると、多くの変形例を得ることができる。
【００９７】
図９は、図８に示した受光素子の中央の不感帯部分に、直線３１および直線３２で４分割された受光領域１１ｉ〜１１ｌを付加した受光素子を示す。干渉縞による明暗分布は±４５度方向の対称軸に対して対称に現れるため、受光領域１１ｉと受光領域１１ｌの領域の明暗分布は同じになる。同様に受光領域１１ｊと受光領域１１ｋの領域の明暗分布も同じであるため、ＦＥ信号の演算において（１１ｉ−１１ｌ）および（１１ｊ−１１ｋ）を加えてもＦＥ信号のオフセット低減効果は変わらない。つまり、ＦＥ信号の演算は以下の式で求められる。
【００９８】
ＦＥ＝（１１ｅ＋１１ｈ＋１１ｉ＋１１ｊ）−（１１ｆ＋１１ｇ＋１１ｌ＋１１ｋ）
【００９９】
これは、上記した式の受光領域群に対応する受光領域群を設けても同じ効果が得られることを意味する。たとえば図１０は、受光領域１１ａ〜１１ｄを有する受光素子を示す。たとえば、受光領域１１ａは、図９の受光領域１１ｅ、１１ｉおよび１１ｊに対応する。図１０に示す受光素子でも同様のＦＥオフセット低減効果が得られる。
【０１００】
また図１１は、図９の受光素子の変形例を示す。図１１に示す受光素子は、図９の受光素子において、受光領域１１ｇ、１１ｊと受光領域１１ｈ、１１ｌを±４５度方向の対称軸に対して反転させて得られる。図１１の受光素子によっても上述した効果と同様の効果が得られる。
【０１０１】
また、図９の受光領域１１ｉ〜１１ｌはさらに細かく分割してもよい。受光スポット中心に対して点対称の位置にある領域同士で減算が行われる関係になるように構成されれば良い。さらに、図１２に示すようなものでもよい。図１２は図９の受光素子の変形例を示す。
【０１０２】
なお、図１０〜図１２に示す変形例は、総和信号の変動を抑制する効果は無くなるが、全光束を受光できるため、ＲＦ信号等の信号検出を兼用する場合に有利である。
【０１０３】
本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が受光素子に混入し干渉することにより生じるＦＥ信号のオフセットを低減することができる。
【０１０４】
これにより、多層光ディスクの層間隔が狭くても安定したサーボ動作が可能な光学ヘッドを提供できる。
【０１０５】
（実施形態３）
図１３は本実施形態による光学ヘッド１３０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド１３０の構成要素のうち、図１に示す光学ヘッド１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１０６】
光学ヘッド１３０は、偏光変換素子１３７、シリンドリカルレンズ１３８、４分割受光素子１３９を有する。偏光変換素子１３７は、透過する光の一部の偏光を回転させる。
【０１０７】
図１４は偏光変換素子１３７の構成を示す。偏光変換素子１３７は、透光性材料からなる透過領域１３７ａ、および、斜線で示された偏光回転領域１３７ｂを有する。偏光回転領域１３７ｂは１／２波長板として機能する。図１４には、入射光束１４０、および、領域１３７ａと領域１３７ｂとを分ける境界線１４１も示されている。領域１３７ｂに表示した矢印は１／２波長板の光学軸の方向を示しており、入射偏光方向に対して４５度になるよう構成されている。
【０１０８】
図１５は偏光変換素子１３７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。図１５には、シリンドリカルレンズ１３８の母線１５１、受光素子１３９の受光領域を分割する分割線１５２および１５３、受光領域１３９ａ〜１３９ｄおよび光軸１５０が示されている。
【０１０９】
図１５において、受光素子１３９上の分割線１５２は光ディスク２の情報トラックと光学的に対応した方向に引かれており、分割線１５３は分割線１５２と直交している。また、シリンドリカルレンズ１３８は、その母線１５１が分割線１５２あるいは１５３と略４５の角度を成すように配置されている。そして、偏光変換素子１３７上の境界線１４１の方向とシリンドリカルレンズ１３８の母線１５１の方向は一致するように構成されている。
【０１１０】
また図示していないが、受光素子１３９は、ＦＥ＝（９ａ＋９ｃ）−（９ｂ＋９ｄ）の演算によりＦＥ信号の検出を行う演算回路に接続されており、またＲＦ＝９ａ＋９ｂ＋９ｃ＋９ｄの演算により再生信号の検出を行う演算回路に接続されている。
【０１１１】
また、図示および説明は省略するが、トラッキングエラー信号の検出は、光ディスク反射光の光路にホログラム素子等を挿入して分岐した光束を用いて行われる。
【０１１２】
以上のように構成された光学ヘッド１３０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を、再び図１３を参照しながら説明する。
【０１１３】
半導体レーザ３から出射された光は、偏光ビームスプリッタ４、コリメータレンズ６、１／４波長板５、対物レンズ８を経由して、多層光ディスク２の所望の記録面に集光される。多層光ディスク２で反射した光は、再び対物レンズ８、１／４波長板５、コリメータレンズ６を経由し、偏光ビームスプリッタ４に入射する。反射光の偏光は半導体レーザ３からの出射光の偏光に対して９０度ずれているため、偏光ビームスプリッタ４で反射され、偏光変換素子１３７に入射する。
【０１１４】
この時の入射光の偏光方向を紙面の横方向とすると、図１４に示す領域１３７ａを透過する光の偏光方向は変化しないが、領域１３７ｂを透過する光の偏光方向は９０度回転して縦方向となる。
【０１１５】
偏光変換素子１３７により、光束の一部の偏光が回転した光は、シリンドリカルレンズ１３８で非点収差を付与された後、受光素子１３９に導かれる。そして受光素子１３９で受光された信号に基づいて演算が行われることにより、非点収差法によるＦＥ信号、および和信号から再生信号が検出される。
【０１１６】
このとき、受光素子１３９には多層光ディスク２の手前層２ｂあるいは奥層２ｃからの反射光も再生層２ａからの反射光と同じ経路で入射するため、それぞれの光束は受光領域上で重なる。
【０１１７】
しかしこのとき、本実施形態による光学ヘッドでは、再生層２ａからの反射光と、手前層２ｂからの反射光は干渉しない。この理由を図１６を参照しながら説明する。
【０１１８】
図１６は再生層２ａで反射した光と手前層２ｂで反射した光とが受光素子１３９で受光される時の光路を示す。図１６（ａ）は光軸１５０とシリンドリカルレンズの母線１５１を含むＡ断面での光ディスク反射光を示し、図１６（ｂ）は光軸１５０を含みＡ断面と直交するＢ断面での光ディスク反射光を示す。図１６では、図１５と同じ構成要素を同じ符号で示している。図１６（ａ）および（ｂ）には、再生層反射光１６１および手前層反射光１６２が示されている。
【０１１９】
手前層反射光１６２はＡ断面、Ｂ断面において、どちらも受光素子１３９よりも奥側で集束する。一方、再生層反射光１６１はＡ断面では受光素子１３９よりも奥側の後焦線の位置で集束し、Ｂ断面では受光素子１３９よりも手前の前焦線の位置で集束する。
【０１２０】
このときＢ断面について考えると、受光領域１３９ｂに到達する光束は、領域１３７ｂを透過して偏光の回転した再生層反射光１６１および領域１３７ａを透過した手前層反射光１６２である。受光領域１３９ｄに到達する光束は、領域１３７ａを透過した再生層反射光１６１および領域１３７ｂを透過して偏光の回転した手前層反射光１６２である。
【０１２１】
干渉は光の波動性から導かれる物理現象である。直交する振動面をもつ直線偏光どうしは干渉しないという性質があるため、受光領域１３９ｂおよび１３９ｄ上で重なる再生層反射光１６１および手前層反射光１６２は干渉しない。
【０１２２】
またＢ断面に平行な任意の断面についても同様に、受光素子１３９上では再生層反射光１６１の偏光方向および手前層反射光１６２の偏光方向は直交するため干渉しない。
【０１２３】
したがって、干渉による明暗分布が生じないので、オフセットの発生および変動を排除した良好なＦＥ信号および再生信号が得られる。
【０１２４】
以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層２ｂからの反射光が受光素子に混入しても、干渉の発生を除去できるので、オフセット変動の少ないＦＥ信号により安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号が得られる光学ヘッドを提供できる。
【０１２５】
また、図１４に示す偏光変換素子１３７の領域１３７ａと領域１３７ｂを透過した光の偏光が９０度ずれていれば同様の効果が得られるため、例えば、領域１３７ａは−４５度、領域１３７ｂは＋４５度偏光を回転させる機能を有する素子であってもよい。
【０１２６】
また、偏光変換素子１３７の領域１３７ａと領域１３７ｂを透過した光の偏光は、９０度ずれた場合に最も効果を発揮するが、９０度ではない場合もそれに応じた効果が得られる。
【０１２７】
なお、図１４に示す偏光変換素子１３７の構成は一例である。境界線１４１と線対称な領域を通過する光束同士の偏光方向が直交するように偏光変換素子１３７が構成されていれば上述の効果が得られる。
【０１２８】
例えば図２６は、偏光変換素子１３７の他の例を示す。図２６では、斜線部を透過すると光の偏光方向は回転する。新たに、境界線１４１と線対称な折れ曲がった境界線１４２および１４３が設けられている。境界線１４１〜１４３によって区画される６領域は、境界線１４１に関して対称な３組に分けられる。各組を透過する光束同士の偏光方向は直交するため、上述の効果が得られる。なお、各境界線１４１〜１４３は、入射光束１４０の光軸と交わるように構成されている。これにより、迷光がデフォーカスして光束径が比較的大きな状態で入射光束１４０に重なっても再生層反射光（信号光）と迷光との偏光変換の境界は一致する。
【０１２９】
また、偏光変換素子１３７は偏光ホログラムであってもよい。偏光ホログラムは複数の領域を有しており、それらの領域を設けることにより、回折する光の偏光成分を変化させることが可能である。例えば偏光ホログラムに、入射偏光の＋４５度成分が回折する領域と−４５度成分が回折する領域を設けることにより、回折光の干渉を防ぐことが可能である。また、透過光も偏光の分布を持つため干渉の影響を低減できる。
【０１３０】
また、本実施形態では、光アイソレータの構成を利用しているため偏光変換素子は偏光ビームスプリッタと受光素子の間に配置しているが、偏光ビームスプリッタを用いない構成であれば、偏光変換素子は、半導体レーザと対物レンズの間の出射光路中に配置しても構わない。
【０１３１】
（実施形態４）
本実施形態と先の実施形態３との相違点は、偏光変換素子のみである。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。
【０１３２】
図１７は本実施形態による光学ヘッド１７０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。図１７では、奥層２ｃで反射した光束が波線で示されている。また図１７では、奥層反射光の前焦線の集光位置１２３および再生層反射光の前焦線の集光位置１２４が示されている。
【０１３３】
偏光変換素子１７７は集光位置２３と集光位置２４の間に配置されている。
【０１３４】
図１８は偏光変換素子１７７の構成を示す。偏光変換素子１７７は、透光性材料からなる透過領域１７７ａ、および、斜線で示された偏光回転領域１７７ｂを有する。偏光回転領域１７７ｂは１／２波長板として機能する。図１８には、入射光束１８０、および、領域１７７ａと領域１７７ｂとを分ける境界線１８１も示されている。領域１７７ｂに表示した矢印は１／２波長板の光学軸の方向を示しており、入射偏光方向に対して４５度になるよう構成されている。
【０１３５】
図１９は偏光変換素子１７７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。シリンドリカルレンズ１３８は、その母線１５１が受光素子１３９の分割線１５２あるいは１５３と略４５の角度を成すように配置されている。そして、偏光変換素子１７７上の境界線１８１の方向とシリンドリカルレンズ１３８の母線１５１の方向は一致するように構成されている。
【０１３６】
以上のように構成された光学ヘッド１７０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を、再び図１７を参照しながら説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、および、光ディスク２からの反射光が偏光ビームスプリッタ４で反射される経路までは、図１７で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。
【０１３７】
光ディスク２からの反射光は偏光ビームスプリッタ４で反射し、シリンドリカルレンズ１３８に入射する。そしてシリンドリカルレンズ１３８で非点収差を付与された後、偏光変換素子１７７に入射する。偏光変換素子１７７に入射した光のうち、シリンドリカルレンズ１３８の母線に平行な境界線１８１で分けられた偏光回転領域１７７ｂに入射した光の偏光方向は９０度回転する。偏光変換素子１７７を透過した光は、その後受光素子１３９に導かれる。そして受光素子１３９で受光された信号に基づいて演算が行われることにより、非点収差法によるＦＥ信号、および和信号から再生信号が検出される。
【０１３８】
図２０は再生層２ａで反射した光と奥層２ｃで反射した光が受光素子１３９で受光される時の光路を示す。図２０（ａ）は光軸１５０とシリンドリカルレンズの母線１５１を含むＡ断面での光ディスク反射光を示し、図２０（ｂ）は光軸１５０を含みＡ断面と直交するＢ断面での光ディスク反射光を示す。図２０では、図１９と同じ構成要素を同じ符号で示している。図２０（ａ）および（ｂ）には、再生層反射光１６１および手前層反射光２０８が示されている。
【０１３９】
奥層反射光２０８はＡ断面、Ｂ断面において、どちらも受光素子１３９よりも手前で集束する。一方、再生層反射光１６１はＡ断面では受光素子１３９よりも奥側の後焦線の位置で集束し、Ｂ断面では受光素子１３９よりも手前の前焦線の位置で集束する。
【０１４０】
このときＢ断面について考えると、受光領域１３９ｂに到達する光束は、領域１７７ｂを透過して偏光の回転した再生層反射光１６１および領域１７７ａを透過した奥層反射光２０８である。受光領域１３９ｄに到達する光束は、領域１７７ａを透過した再生層反射光１６１および領域１７７ｂを透過して偏光の回転した奥層反射光２０８である。このうち、受光領域１３９ｂおよび１３９ｄ上で重なる再生層反射光１６１および奥層反射光２０８は偏光方向が直交するため干渉しない。
【０１４１】
またＢ断面に平行な任意の断面についても同様に、受光素子１３９上では再生層反射光１６１の偏光方向および奥層反射光２０８の偏光方向は直交するため、再生層反射光１６１および奥層反射光２０８は干渉しない。
【０１４２】
また、この構成では、先の実施形態３と同じ理由で、再生層反射光１６１と手前層反射光も偏光が直交するため干渉しない。
【０１４３】
したがって、手前層反射光および奥層反射光のどちらの迷光が混入しても、再生層反射光と干渉しないので、オフセットの発生および変動を排除した良好なＦＥ信号および再生信号が得られる。
【０１４４】
以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層および奥層からの反射光が受光素子に混入し干渉することにより生じるＦＥ信号のオフセットを排除することができ、安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号が得られる光学ヘッドを提供できる。
【０１４５】
なお、偏光変換素子１７７は奥層反射光の集光位置と再生層反射光の集光位置との間に配置されていれば、上述の効果を得ることができる。よってシリンドリカルレンズ１３８の位置は光路上の偏光変換素子１７７の前後のいずれに配置してもよい。
【０１４６】
（実施形態５）
本実施形態と先の実施形態３との相違点は、偏光変換素子のみである。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。
【０１４７】
図２１は本実施形態による光学ヘッド２１０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。図２１では、奥層２ｃで反射した光束が波線で示されている。偏光変換素子２３７は受光素子１３９から見て、奥層反射光の集光位置１２３よりも離れた位置に配置されている。
【０１４８】
図２２は偏光変換素子２３７の構成を示す。偏光変換素子２３７は、斜線で示された偏光回転領域２３７ａおよび２３７ｂと、透光性材料からなる透過領域２３７ｃおよび２３７ｄとを有する。偏光回転領域２３７ａおよび２３７ｂは１／２波長板として機能する。図２２には、入射光束２２０、および、領域２３７ａ〜２３７ｄをそれぞれ分ける境界線２２１および２２２も示されている。領域２３７ａおよび２３７ｂに表示した矢印は１／２波長板の光学軸の方向を示しており、入射偏光方向に対して４５度になるよう構成されている。
【０１４９】
領域２３７ａと２３７ｄ、および、領域２３７ｂと２３７ｃはそれぞれ、境界線２２１に関して対称に配置されている。
【０１５０】
図２３は、偏光変換素子２３７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。シリンドリカルレンズ１３８は、その母線１５１が受光素子１３９の分割線１５２あるいは１５３と略４５の角度を成すように配置されている。そして、偏光変換素子２３７上の境界線２２１とシリンドリカルレンズ１３８の母線１５１の方向は一致するように構成されている。
【０１５１】
以上のように構成された光学ヘッド２１０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を、再び図２１を参照しながら説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、および、光ディスク２からの反射光が偏光ビームスプリッタ４で反射される経路までは、図１７で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。
【０１５２】
光ディスク２からの反射光は偏光ビームスプリッタ４で反射し、偏光変換素子２３７に入射する。偏光変換素子２３７に入射した光のうち、斜線で示した領域２３７ａおよび２３７ｂを通過した光の偏光方向は９０度回転する。偏光変換素子２３７を透過した光はシリンドリカルレンズ１３８に入射し、シリンドリカルレンズ１３８で非点収差を付与された後、受光素子１３９に導かれる。そして受光素子１３９で受光された信号に基づいて演算が行われることにより、非点収差法によるＦＥ信号、および和信号から再生信号が検出される。
【０１５３】
図２４は再生層２ａ、手前層２ｂおよび奥層２ｃで反射した光が受光素子１３９で受光される時の光路を示す。図２４（ａ）は光軸１５０とシリンドリカルレンズ１３８の母線１５１とを含むＡ断面での光ディスク反射光を示し、図２４（ｂ）は光軸１５０を含みＡ断面と直交するＢ断面での光ディスク反射光の様子を示す。図２４では、図２３と同じ構成要素を同じ符号で示している。図２４（ａ）および（ｂ）には、再生層反射光４６、手前層反射光４７および奥層反射光４８が示されている。
【０１５４】
図２５は、偏光変換素子２３７の各領域を透過し、シリンドリカルレンズ１３８を経た光を受ける受光素子１３９を示す。受光素子１３９には、破線で囲まれた領域Ａ〜Ｄが示されている。すなわち、受光領域１３９ｂの左下および受光領域１３９ｃの左上の領域をＡ領域、受光領域１３９ａの右下および受光領域１３９ｄの右上の領域をＢ領域、受光領域１３９ａの左上および受光領域１３９ｂの右上の領域をＣ領域、受光領域１３９ｃの右下および受光領域１３９ｄの左下の領域をＤ領域とする。
【０１５５】
手前層反射光２４７は図２４（ａ）および（ｂ）に示すＡ断面およびＢ断面において、どちらも受光素子１３９よりも奥側で集束する。偏光変換素子２３７の領域２３７ａを透過した光は受光素子１３９のＡ領域、領域２３７ｂを透過した光はＢ領域、領域２３７ｃを透過した光はＣ領域、領域２３７ｄを透過した光はＤ領域に導かれる。したがって、受光素子１３９上のＡ、Ｂ領域には偏光が９０度回転した手前層反射光、Ｃ、Ｄ領域には偏光の回転していない手前層反射光が導かれる。
【０１５６】
また、奥層反射光２４８はＡ断面およびＢ断面において、どちらも受光素子１３９よりも手前で集束する。偏光変換素子２３７の領域２３７ａを透過した光は受光素子１３９のＢ領域、領域２３７ｂを透過した光はＡ領域、領域２３７ｃを透過した光はＤ領域、領域２３７ｄを透過した光はＣ領域に導かれる。したがって、受光素子１３９上のＡ、Ｂ領域には偏光が９０度回転した奥層反射光、Ｃ、Ｄ領域には偏光の回転していない奥層反射光が導かれる。
【０１５７】
一方、再生層反射光２４６はＡ断面では受光素子１３９よりも奥側で集束し、Ｂ断面では受光素子１３９よりも手前側で集束する。偏光変換素子２３７の領域２３７ａを透過した光は受光素子１３９のＤ領域、領域２３７ｂを透過した光はＣ領域、領域２３７ｃを透過した光はＢ領域、領域２３７ｄを透過した光はＡ領域に導かれる。したがって、受光素子１３９上のＡ、Ｂ領域には偏光の回転していない再生層反射光、Ｃ、Ｄ領域には偏光が９０度回転した再生層反射光が導かれる。
【０１５８】
以上から理解されるように、Ａ〜Ｄの全領域において、再生層反射光２４６の偏光方向は手前層反射光および奥層反射光の各偏光方向と直交している。よって再生層反射光２４６は手前層反射光および奥層反射光と干渉しない。
【０１５９】
したがって、本実施形態においても、手前層反射光および奥層反射光のどちらの迷光が混入しても、再生層反射光と干渉しないので、オフセットの発生および変動を排除した良好なＦＥ信号および再生信号が得られる。
【０１６０】
以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層および奥層からの反射光が受光素子に混入し干渉することにより生じるＦＥ信号のオフセットを排除することができ、安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号が得られる光学ヘッドを提供できる。
【０１６１】
また、偏光変換素子を受光素子から離れた光束径の大きな位置に配置できるため、偏光変換素子の位置精度を厳密に規定する必要はなく有利である。さらに、実施形態４の構成と比べると、素子を配置する位置の自由度が大きいため、設計上も有利である。
【０１６２】
なお、図２２に示す偏光変換素子２３７の構成は一例である。境界線２２１と線対称な領域を通過する光束同士の偏光が直交し、かつ境界線２２２と線対称な領域を通過する光束同士の偏光も直交するように偏光変換素子２３７が構成されていれば、上述の効果を得ることができる。
【０１６３】
例えば図２７は、偏光変換素子２３７の他の例を示す。図２７では、斜線部を透過すると光の偏光方向は回転する。新たに、境界線２２１と線対称な折れ曲がった境界線２２３および２２４３が設けられている。境界線２２１〜２２４によって区画される８領域は、境界線２２１に関して対称な４組に分けられる。各組を透過する光束同士の偏光方向は直交するため、上述の効果が得られる。なお、各境界線２２１〜２２４は、入射光束１４０の中心（光軸）と交わるように構成されている。これにより、迷光がデフォーカスして光束径が比較的大きな状態で入射光束１４０に重なっても、再生層反射光（信号光）と迷光との偏光変換の境界は一致する。
【０１６４】
図６３および図６４は、それぞれ偏光変換素子２３７のさらに他の例を示す。図６３に示す偏光変換素子２３７は、領域６３ａ〜６３ｈを有している。各領域に描かれた平行線（ハッチング線）が延びる方向は、各領域の偏光方向を模式的に示している。領域６３ａおよび６３ｂの偏光方向と、領域６３ｃおよび６３ｄの偏光方向とは直交するように構成されている。そして、領域６３ｅ〜６４ｈの偏光方向は、領域６３ａおよび６３ｂの偏光方向または領域６３ｃおよび６３ｄの偏光方向に対して４５度をなすように構成されている。
【０１６５】
透過する光の偏光方向が直交する領域が隣接していると、境界部分での回折の影響が大きくなる。しかし、図６３に示す領域６３ｅ〜６４ｈのような、偏光方向を隣接する領域の偏光方向に対して０度から９０度までの間の偏光方向を有する緩衝的な領域を設けることにより、境界部分における回折の影響を低減できる。このような趣旨に鑑みれば、領域６３ｅ〜６４ｈの偏光方向は１つの方向に限られない。偏光方向が０度から９０度までの間で連続的に変化してもよい。
【０１６６】
図６４に示す偏光変換素子２３７の構成は、図６３に関連してした説明の「６３」を「６４」に読み替えればよい。たとえば「領域６３ａ」は「領域６４ａ」のように読み替えればよい。
【０１６７】
（実施形態６）
本実施形態と先の実施形態５との相違点は、本実施形態には偏光選択素子が追加されていることのみである。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。
【０１６８】
図２８は本実施形態による光学ヘッド２８０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド２８０は、実施形態５による光学ヘッド１７０（図１７）に偏光選択素子２７７を加えて構成されている。偏光選択素子２７７は、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の間に配置されている。
【０１６９】
図２９は偏光選択素子２７７の構成を示す。偏光選択素子２７７は、水平方向の偏光を透過する領域２７７ａおよび２７７ｂと、垂直方向の偏光を透過する領域２７７ｃおよび２７７ｄとを有する。図２９には、領域２７７ａ〜２７７ｄをそれぞれ分ける、直交する境界線２９１および２９２も示されている。
【０１７０】
図３０は偏光変換素子２３７、シリンドリカルレンズ１３８、偏光選択素子２７７および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。偏光選択素子２７７の境界線２７１および２７２は、偏光変換素子２３７の境界線２４１、２４２と同じ方向になるよう構成されている。偏光選択素子２７７の斜線部の２領域は、図２９に示す領域２７７ｃおよび２７７ｄを示す。
【０１７１】
以上のように構成された光学ヘッド２８０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を、再び図２８を参照しながら説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、および、光ディスク２からの反射光がシリンドリカルレンズ１３８を透過する経路までは、図２１で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。
【０１７２】
シリンドリカルレンズ１３８で非点収差を付与された光は、偏光選択素子２７７に入射する。偏光選択素子２７７の領域２７７ａ〜２７７ｃ（図２９）に入射した光は、各領域によって所定の偏光成分のみからなる光に変換されて受光素子１３９に導かれる。そして受光素子１３９で受光された信号に基づいて演算が行われることにより、非点収差法によるＦＥ信号、および和信号から再生信号が検出される。
【０１７３】
偏光選択素子２７７上に到達する光を考える。実施形態５に関する説明に基づけば、偏光選択素子２７７の領域２７７ａおよび２７７ｂには、再生層反射光のうちの偏光が回転していない光束が到達し、手前層反射光および奥層反射光のうちの偏光が回転した光束が到達する。また、領域２７７ｃおよび２７７ｄには、再生層反射光のうちの偏光が回転した光束が到達し、手前層反射光および奥層反射光の偏光が回転していない光束が到達する。
【０１７４】
偏光が回転していない光束が水平方向の偏光、偏光が回転した光束が垂直方向の偏光であるため、再生層反射光のみ偏光選択素子７７を透過することになる。
【０１７５】
本実施形態の構成によれば、迷光である手前層反射光および奥層反射光のいずれもが受光素子に混入しない。よって、ＦＥ信号のオフセットを排除することができ、良好なＦＥ信号および再生信号が得られる。これにより、安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号が得られる光学ヘッドを提供できる。
【０１７６】
上述した本発明の実施形態３〜６にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が再生層反射光と干渉するのを防ぎ、ＦＥ信号および再生信号に変動成分を有するオフセットの発生を防ぐことができる。これにより、多層光ディスクの層間隔が狭くても安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号の得られる光学ヘッドを提供できる。
【０１７７】
（実施形態７）
図３１は、本実施形態による光学ヘッド３１０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド３１０の構成要素のうち、図１に示す光学ヘッド１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１７８】
光学ヘッド３１０は、偏光変換素子３１７、シリンドリカルレンズ１３８、４分割受光素子１３９を有する。偏光変換素子３１７は、透過する光の偏光を回転させる。
【０１７９】
図３２は偏光変換素子３１７の構成を示す。偏光変換素子３１７は、１／２波長板として機能する偏光回転領域３１７ａ〜３１７ｄを有する。図３２には、再生層２ａからの反射光１６と、手前層２ｂからの反射光１７とが示されている。ここで領域３１７ａ、３１７ｂ、３１７ｃ、３１７ｄの光学軸は隣接する領域で互いに４５度ずれるように構成されている。たとえば、領域３１７ａの光学軸を水平とすると、領域３１７ｂの光学軸は±４５度、領域３１７ｃの光学軸は水平または垂直、領域３１７ｄの光学軸は±４５度に構成されている。
【０１８０】
偏光変換素子３１７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置関係は、たとえば図２３に示す配置関係と類似する。図２３における偏光変換素子２３７に代えて、偏光変換素子３１７を配置すればよい。
【０１８１】
図３３は、受光素子１３９と再生層２ａからの反射光１６との関係を示す。受光素子１３９上の分割線１３は光ディスク２の情報トラックと光学的に対応した方向に引かれている。分割線１４は分割線１３と直交している。また、シリンドリカルレンズ１３８は母線１５１（図２３）が分割線１３あるいは１４と略４５の角度を成すように配置されている。また、偏光変換素子３１７上の境界線は光ディスク２の反射光束の中心に対し同心円状に構成されている。
【０１８２】
なお、ＦＥ信号の検出を行う演算回路（図示せず）は、ＦＥ＝（１３９ａ＋１３９ｃ）−（１３９ｂ＋１３９ｄ）の演算を行ってＦＥ信号を検出する。この演算回路は、たとえば図５７に示す受光領域５１１ａ〜５１１ｄと接続された差動演算回路によって実現される。また、再生信号の検出を行う演算回路（図示せず）は、ＲＦ＝１３９ａ＋１３９ｂ＋１３９ｃ＋１３９ｄの演算を行って再生信号を検出する。なお、これらの説明で用いている「１３９ａ」、「１３９ｄ」等は、それぞれ受光領域１３９ａ、１３９ｄ等で受光された信号を示す。また、トラッキングエラー信号の検出を行う演算回路（図示せず）は、光ディスク反射光の光路にホログラム素子等（図示せず）を挿入して分岐した光束を用いてトラッキングエラー信号を検出する。
【０１８３】
以上のように構成された光学ヘッド３１０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、および、光ディスク２からの反射光が偏光ビームスプリッタ４で反射される経路までは、図１７で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。
【０１８４】
図３１に示すように、光ディスク２からの反射光は偏光ビームスプリッタ４で反射し、偏光変換素子３１７に入射する。図３２を参照すると、偏光変換素子３１７への入射光の偏光方向を紙面の横方向とすると、領域３１７ａ、３１７ｃを透過する光の偏光方向は変わらないが、領域３１７ｂ、３１７ｄを透過する光の偏光は９０度回転して縦方向となる。
【０１８５】
偏光変換素子３１７により、光束の一部の偏光が回転した光は、シリンドリカルレンズ１３８で非点収差を付与された後、受光素子１３９に導かれ、受光された信号を演算することにより、非点収差法によるＦＥ信号、および和信号から再生信号が検出される。
【０１８６】
このとき、受光素子１３９には、手前層２ｂ、２ｃからの反射光も再生層２ａからの反射光と同じ経路で入射するため、それぞれの光束は受光領域上で重なる。
【０１８７】
先に説明した図３３は、受光素子１３９上における再生層２ａからの反射光のスポット形状を示している。再生層２ａからの反射光は、図３２において波線１６によって示されている。図３３に示すように、受光素子１３９上での反射光１６には、横方向（受光領域１３９ａおよび１３９ｂが並ぶ方向）の偏光１６ａおよび１６ｃと、縦方向（受光領域１３９ａおよび１３９ｄが並ぶ方向）の偏光１６ｂとが含まれている。
【０１８８】
図３４は、受光素子１３９上における再生層２ａの手前層２ｂからの反射光のスポット形状を示している。手前層２ｂからの反射光は、図３２において波線１７によって示されている。図３４に示すように、受光素子１３９上での反射光１６には、上述した横方向の偏光１７ａおよび１７ｃと、上述の縦方向の偏光１７ｂおよび１７ｄとが含まれている。
【０１８９】
図３５は、反射光束１６および１７が重なった状態を示している。偏光変換素子３１７の領域パターンは、図３５に示すように偏光１６ａおよび１６ｂと偏光１７ａとが重なり、かつ、偏光１６ｃと偏光１７ｂとが重なるように設計されている。
【０１９０】
これにより、再生層２ａからの反射光１６ｂおよび１６ｃの領域の光は、再生層の手前層２ｂからの反射光と偏光方向が直交するため、干渉が起こらなくなる。したがって、干渉する領域が減少するため、ＲＦ信号の光量およびＦＥ信号のオフセットの発生および変動を低減した良好な信号が得られる。
【０１９１】
以上のように、本実施形態による光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層２ｂからの反射光が受光素子に混入しても、干渉の発生を低減できるので、光量変動の少ないＲＦ信号より良好な再生信号と、オフセット変動の少ないＦＥ信号により安定したサーボ動作が可能な光学ヘッドを提供できる。
【０１９２】
なお、本実施形態における偏光変換素子３１７は、４つの領域３１７ａ〜３１７ｄに分割されるとしたが、分割数は任意である。ディスクの層間距離や光学ヘッドの光学倍率等により変更してもよい。
【０１９３】
図３６は、偏光変換素子３１７の他の例を示す。矢印は偏光変換素子を透過した後の偏光方向を示している。破線は上述の再生層２ａからの反射光１６を示す。図３６の矢印によって示されるように、偏光変換素子３１７は、中心から外周に向かって、所定の規則にしたがって偏光方向を変化させる光学的特性を有していてもよい。
【０１９４】
図３７は、偏光変換素子３１７のさらに他の例を示す。矢印および破線は図３６と同義である。図３６の例とは逆に、偏光変換素子３１７は、不規則に光学軸を変化させる光学的特性を有していてもよい。
【０１９５】
図６５および図６６も同様に、偏光変換素子３１７のさらに他の例を示す。これらの図でも、矢印の方向は偏光変換素子３１７の偏光方向を示している。
【０１９６】
図３６に示す偏光変換素子３１７と比較すると、図６５の偏光変換素子３１７は入射する反射光の半径方向の位置に応じて偏光方向が変化することはない。すなわち反射光の半径方向には偏光方向が変化する境界はない。
【０１９７】
一方、図６５に示す偏光変換素子３１７では、反射光の光軸を中心として４５度単位で偏光方向が変化する。図６５において、たとえば非点収差が左下（−１３５度とする）の方向から右上の方向（＋４５度とする）の方向に与えられるとすると、偏光変換素子３１７の中心位置を基準として、±９０度方向に位置する領域の偏光方向と、０度および１８０度方向に位置する領域の偏光方向とは直交する。そして、それらの領域の間に挟まれた領域（すなわちそれらの領域に隣接する領域）では、偏光方向も間の値（図６５では中間値（４５度））に設定されている。なお、図６６に示す偏光変換素子３１７についても同様である。隣接する領域同士の偏光方向は反射光の光軸を中心として４５度単位で変化する。
【０１９８】
ただし、図６５および図６６に示す偏光変換素子３１７では、当該隣接する領域の偏光方向は１つの方向に限られない。偏光方向が反射光の周の接線方向に連続的に変化してもよい。
【０１９９】
（実施形態８）
本実施形態と先の実施形態７との相違点は、偏光変換素子に代えて干渉抑制素子を設けたことにある。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。
【０２００】
図３８は本実施形態による光学ヘッド３８０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド３８０は、光学ヘッド３１０の偏光変換素子３１７（図３１）とは異なる干渉抑制素子３２７を有している。
【０２０１】
図３９は、本実施形態による干渉抑制素子３２７の構成を示す上面図である。干渉抑制素子３２７は、光路長を変更させる段差部３９０を有している。図４０は、干渉抑制素子３２７の断面図である。段差部３９０は、物理的な窪みとして形成されている。図３９に示されるように、段差部３９０の大きさは、破線で示される上述の再生層２ａからの反射光１６のスポットサイズよりも小さい。
【０２０２】
図４１は受光素子１３９上での再生層２ａからの反射光１６と再生層手前の層２ｂからの反射光１７のスポット形状を示す。
【０２０３】
図４２および図４３は干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、検出スポットの波面を示す。
【０２０４】
図４４および図４５は干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、受光素子１３９での光量分布を示す。
【０２０５】
図４６および図４７は本実施形態による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、検出スポットの波面を示す。
【０２０６】
図４８および図４９は本実施形態による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、受光素子１３９での光量分布を示す。
【０２０７】
まず、干渉抑制素子３２７を用いなかった場合における干渉の問題を、図を参照しながら説明する。
【０２０８】
再生層２ａからの反射光１６および再生層の手前の層２ｂからの反射光１７は図３８のシリンドリカルレンズ１３８を透過し、受光素子１３９に入射し、図４１に示すような検出スポット１６および１７を形成する。このとき、受光素子１３９上での４５度方向および−４５度方向の検出スポットの波面は、図４２および図４３に示すような形になる。受光素子１３９上ではこのふたつの波面が重なった検出スポットとなっているため、受光素子１３９上での光量分布は図４４および図４５のようになる。
【０２０９】
ここで、図４４および図４５の最大と最小は、再生層２ａと手前の層２ｂとの層間距離が変化したときに、受光素子１３９で検出される光量の積分値が最大と最小になるときの光量分布を表している。受光素子１３９の各受光領域の一辺の大きさが１００umとすると、図４４および図４５の最大を表した曲線の積分値と最小を表した曲線の積分値の差が受光量の変動になる。すなわち、再生信号であるＲＦ信号の変動になる。一方、図４４の最大を表した曲線の積分値と図４５の最大を表した曲線の積分値の差が受光素子１３９での光量最大時のフォーカスオフセット（１）となる。また図４４の最小を表した曲線の積分値と図４５の最小を表した曲線の積分値の差が受光素子１３９での光量最小時のフォーカスオフセット（２）となる。そしてこの（１）と（２）との差がディスクの回転等により発生するフォーカスオフセットの変動となる。
【０２１０】
本実施形態による干渉抑制素子３２７を利用すると、この光量分布の最大と最小の差を小さくし、干渉による光量変動を低減することが可能になる。
【０２１１】
本実施形態による干渉抑制素子３２７は、白板による位相段差板として設けることができる。干渉抑制素子３２７は、図３９および図４０に示すように再生層からの反射光１６の光束径の中心付近にシリンドリカルレンズ１３８の母線の方向に傾いた楕円形状の段差部３９０をしている。
【０２１２】
例えば、反射光１６の干渉抑制素子３２７上での光束径を１．２ｍｍとする。このとき、段差部３９０の楕円形状の短径を６０μｍ、長径を１２０μｍとし、段差を０．３μｍとする。
【０２１３】
このような干渉抑制素子３２７を透過した反射光の特性を説明する。まず、受光素子１３９上での再生層２ａからの反射光１６およびその手前層２ｂからの反射光１７の波面を検討する。図４１に示す４５度方向および−４５度方向についての反射光１６および１７の波面は、それぞれ図４６および図４７のようになる。図４６および図４７において、スポット半径位置０周辺の波形に段差が生じている曲線が、反射光１６の波面に対応する。図４６および図４７から理解されるように、干渉の影響の大きい中心部分の波面をずらすことによって、干渉後の強度分布の変動を低減する効果が認められる。
【０２１４】
図４８および図４９は、干渉抑制素子３２７を用いた場合の受光素子１３９での受光量の強度分布を示す。干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の光量分布を示す図４４および図４５と比べると、受光素子１３９で検出される光量が最大と最小のときで中心付近の光強度の差が小さくなっていることがわかる。この効果により、受光素子１３９で検出する光量の最大値と最小値の差が小さくなる。また、段差部３９０の形状を楕円にすることにより、受光素子１３９の４５度方向と−４５度方向での波面の差による干渉パターンの違いによる光量変動を抑制することが可能になっている。この効果を得るために、楕円率は１：５〜４：５の範囲で設定することが望ましい。
【０２１５】
干渉後の光量変動が減少するため、ＲＦ信号の光量およびＦＥ信号のオフセットの発生および変動を低減した良好な信号が得られる。
【０２１６】
以上のように、本実施形態による光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層２ｂからの反射光が受光素子に混入しても、再生層２ａからの反射光との干渉の発生を低減できるので、光量変動の少ないＲＦ信号より良好な再生信号と、オフセット変動の少ないＦＥ信号により安定したサーボ動作が可能な光学ヘッドを提供できる。
【０２１７】
なお、本実施形態における干渉抑制素子３２７の楕円形状の大きさは深さとの関係で自由に設定可能である。また、干渉抑制素子３２７は楕円形状の段差を有しているとしたが、図５０および図５１に示す矩形形状の段差部５００や、図５２および図５３に示す菱形形状の段差部５２０を設けても同様の効果が得られる。段差部５００の矩形形状のサイズと再生層２ａからの反射光１６のスポットサイズ、および、段差部５２０の菱形形状のサイズと再生層２ａからの反射光１６のスポットサイズとの関係は、図５０および図５２に示すとおりである。
【０２１８】
（実施形態９）
図３３から図３５を参照しながら説明したように、実施形態７における偏光変換素子３１７を用いると、再生層２ａおよび再生層の手前の層２ｂからの反射光１６および反射光１７の中心付近以外の領域は偏光方向が互いに直交するために干渉は起こらない。しかし、中心付近は同じ偏光方向なるため干渉が起こり、受光素子１３９で若干の光量の変動が発生し得る。
【０２１９】
そこで本実施形態による光学ヘッドは、実施形態７および８の特徴を組み合わせることによって、上述した光量の変動を防止する。本実施形態と先の実施形態７との相違点は、干渉抑制素子の構成にある。その他の構成要素は同じであるので、同じ参照符号を付し説明を省略する。
【０２２０】
図５４は本実施形態による光学ヘッド５４０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド５４０は、光学ヘッド３１０の偏光変換素子３１７（図３１）とは異なる干渉抑制素子５３７を有している。
【０２２１】
図５５は本実施形態による干渉抑制素子５３７の構成を示す。干渉抑制素子５３７は、実施形態７における偏光変換素子３１７の中心付近にシリンドリカルレンズ１３８の母線の方向に傾いた楕円形状の段差部５５０を有している。干渉抑制素子５３７の断面は、図４０に示される断面と同じである。
【０２２２】
本実施形態では、段差部５５０によって実施形態８において説明した波面の位相のずれを生じさせることにより、中心付近での干渉による光量の変動を低減させることができる。これにより、ＲＦ信号の光量およびＦＥ信号のオフセットの発生および変動をより低減した良好な信号が得られる。
【０２２３】
以上のように、本実施形態にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、手前層２ｂからの反射光が受光素子に混入しても、干渉の発生を低減できるので、光量変動の少ないＲＦ信号より良好な再生信号と、オフセット変動の少ないＦＥ信号により安定したサーボ動作が可能な光学ヘッドを提供できる。
【０２２４】
なお、本実施形態による干渉抑制素子５３７は、実施形態７および８で説明した構成の任意の組み合わせによって実現でき、同じ効果が得られる。
【０２２５】
実施形態７から９に記載の光学ヘッドによれば、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が再生層反射光と干渉するのを防ぎ、ＦＥ信号および再生信号に変動成分を有するオフセットが発生するのを防ぐことができる。これにより、多層光ディスクの層間隔が狭くても安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号を得ることができる。
【０２２６】
（実施形態１０）
図５６は本実施形態による光学ヘッド５６０の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド５６０の構成要素のうち、図１に示す光学ヘッド１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【０２２７】
本実施形態においては、光学ヘッド５６０は受光素子５１１を有している。受光素子５１１は複数の受光領域を有している。
【０２２８】
図５７は受光素子５１１の構成を示す。回折素子１０の０次光を受光する位置に直交する２本の分割線を境界線として配置された４分割の受光領域５１１ａ〜５１１ｄが構成され、回折素子１０の±１次回折光を受光する位置には、受光領域５１１ａ〜５１１ｄの間の分割線に対して±４５度方向に長い矩形形状の受光領域５１１ｅ、５１１ｆが構成され、ＦＥ信号として、
ＦＥ＝（５１１ａ＋５１１ｄ）−（５１１ｂ＋５１１ｃ）−Ｇ（５１１ｅ−５１１ｆ）  （Ｇは係数）
の演算を行う演算回路に接続されている。
【０２２９】
受光領域５１１ｅ、５１１ｆの形状は、±１次回折光の光束径よりも小さく、±１次回折光の中央部分の光束を受光するように構成される。より詳細には図５８を参照しながら後述する。
【０２３０】
本実施形態においては、通常の非点収差法によるＦＥ信号検出において生じる、複数の記録層からの反射光が干渉して出来る明暗分布の影響を低減するため、受光領域５１１ｅ、５１１ｆから得られる信号を信号検出演算に加えている。
【０２３１】
以上のように構成された光学ヘッド５６０において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、光ディスク２からの反射光が偏光ビームスプリッタ４で反射されるまでの経路、および、その後回折素子１０に至るまでの経路は、図１で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。
【０２３２】
図５６に示すように、回折素子１０に入射した光は回折素子１０によって０次光および±１次光に分岐され、それぞれの光束は受光素子５１１の所定の受光領域で受光される。
【０２３３】
このとき、受光素子５１１上の受光領域には光ディスク２の再生層からの反射光だけでなく、非再生層からの反射光も同様の経路で入射するため、受光スポットは干渉により明暗分布が生じる。
【０２３４】
図５８は受光素子５１１上の受光領域および受光スポットの関係を示す。再生層で反射された光は、受光スポット５８１、５８２および５８３を形成する。非再生層で反射された光は、受光スポット５８４、５８５および５８６を形成する。いずれも回折素子１０によって０次光、±１次光の３つ光束に分岐されたために３つの受光スポットに分岐されている。
【０２３５】
再生層および非再生層からの反射光の干渉によって、光の強度が増加または減少している明暗部５８７、５８８および５８９が現れる。
【０２３６】
非再生層で反射された光の焦点位置は再生層との層間隔分だけずれているため、非再生層で反射された光の受光スポット５８４、５８５および５８６は４５度方向に伸びた楕円形状になり、干渉による明暗部５８７、５８８および５８９も４５度方向に伸びた形になる。
【０２３７】
また、再生層で反射された光および非再生層反射光のいずれも、光束の中心（光軸付近）の位相変化は小さいため、干渉による明暗部は光束の中央付近の比較的広い領域にわたって形成される。一方、光束の外周部では干渉によって間隔が比較的狭い干渉縞ができるが、干渉は実質的には平均化されるためその影響は小さい。
【０２３８】
本実施形態のように光束を３つに分岐させると、明暗部５８７、５８８および５８９の明暗は再生層と非再生層との層間隔により決定される。よって明暗部５８７、５８８および５８９の明暗は一致する。
【０２３９】
このような明暗分布が生じている受光スポットに対して、
ＦＥ＝（５１１ａ＋５１１ｄ）−（５１１ｂ＋５１１ｃ）
で演算される通常の非点収差法によるＦＥ信号を適用すると、明暗部５８８は５１１ａ、５１１ｄの領域に多く含まれるため、干渉による明暗の影響がオフセットとして残ってしまう。
【０２４０】
一方、本実施形態においては、受光領域５１１ｅおよび受光領域５１１ｆは、±１次回折光の中央部分に現れる明暗部５８７、５８９を検出するように形状および配置が調整されている。より具体的には、受光領域５１１ｅによって検出される明暗部５８７の面積Ａは、受光領域５１１ａおよび５１１ｄ上の明暗部５８８の合計面積Ｂに概略対応している。また、受光領域５１１ｆによって検出される明暗部５８９の面積Ｃは、受光領域５１１ｂおよび５１１ｃ上の明暗部５８８の合計面積Ｄに概略対応するように構成されている。これらの面積Ａ〜Ｄの関係は、Ａ：Ｂ＝Ｃ：Ｄである。よって受光領域５１１ｅおよび受光領域５１１ｆで検出される信号の差は上記のオフセットに対応する。
【０２４１】
したがって、下記の演算を行うことにより、干渉によるオフセットの影響を低減したＦＥ信号が得られる。
【０２４２】
ＦＥ＝（５１１ａ＋５１１ｄ）−（５１１ｂ＋５１１ｃ）−Ｇ（５１１ｅ−５１１ｆ）
【０２４３】
このＦＥ信号のレベルおよび極性に応じて、アクチュエータ１２によって対物レンズ８を光ディスク２に垂直な方向に（光軸方向）に移動させることにより、半導体レーザ３から出射した光を所定の記録層へ集光するフォーカスサーボが実現される。
【０２４４】
以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が受光素子に混入し、再生層からの反射光と干渉することによって生じるＦＥ信号のオフセットおよびオフセットの変動を低減することができる。
【０２４５】
なお、本実施形態では、回折格子１０によって分岐された２光束を検出し、干渉によるオフセットを補正するために利用した。各光束の中央部分を利用できればよいため、その中央部分に対応する光束のみを分岐させる回折格子をもうけてもよい。
【０２４６】
また、分岐された２光束を検出する受光素子の各受光領域の形状・配置は、上述の例に限られない。例えば１つの分岐光を検出し、干渉によるオフセットを補正する場合には、図５９に示す受光素子を利用すればよい。図５９は他の例による受光領域の形状・配置を示す。１つの分岐光は受光領域５１１ｇ〜５１１ｊに入射する。このとき、受光領域５１１ｇ〜５１１ｊ上の受光スポットの形状は、受光領域５１１ａ〜５１１ｄ上の受光スポットの形状と相似または同一である。また、受光領域５１１ｇおよび５１１ｊ上の受光スポット合計面積と受光領域５１１ｈおよび５１１ｉ上の受光スポット合計面積との比は、受光領域５１１ａおよび５１１ｄ上の受光スポット合計面積と受光領域５１１ｂおよび５１１ｃ上の受光スポット合計面積との比に等しい。
【０２４７】
よって下記の演算を行うことにより、干渉によるオフセットの影響を低減したＦＥ信号が得られる。
【０２４８】
ＦＥ＝（５１１ａ＋５１１ｄ）−（５１１ｂ＋５１１ｃ）−Ｇ（５１１ｇ＋５１１ｊ−５１１ｈ−５１１ｉ）
【０２４９】
（実施形態１１）
図６０は本実施形態による光学ヘッド６００の構成を示す。この光学ヘッドもまた光ディスク装置に組み込まれて記録または再生を行う際に利用される。光学ヘッド６００の構成要素のうち、図１に示す光学ヘッド１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【０２５０】
光学ヘッド６００は、ホログラム素子６０９および受光素子６１０を有する。
【０２５１】
ホログラム素子６０９は、光軸に対して偏心したレンズ効果を有しており、±１次光のいずれかに対し、凸レンズまたは凹レンズの作用をするように設定されている。
【０２５２】
図６１は受光素子６１０の構成を示す。受光素子６１０は複数の受光領域６１０ａ〜６１０ｆを有する。受光領域６１０ａ〜６１０ｆは、それぞれホログラム素子３９の±１次回折光を受光する位置に配置される。
【０２５３】
受光領域６１０ａ〜６１０ｆは、下記演算によってＦＥ信号を生成する演算回路（図示せず）に接続されている。
【０２５４】
ＦＥ＝（６１０ａ＋６１０ｃ＋６１０ｅ）−（６１０ｂ＋６１０ｄ＋６１０ｆ）
【０２５５】
以上のように構成された光学ヘッド６００において、多層光ディスク２から情報を再生する際の光の経路を説明する。ただし、光源３から光ディスク２までの経路、および、光ディスク２からの反射光が偏光ビームスプリッタ４で反射される経路までは、図１で説明した経路と同じであるため、説明を省略する。
【０２５６】
図６０に示すように、光ディスク２からの反射光は偏光ビームスプリッタ４で反射し、ホログラム素子６０９に入射する。ホログラム素子３９は、入射した光を±１次光に分岐する。ホログラム素子６０９によって分岐された光の一方は、受光素子６１０の手前側で焦点を結び、他方は受光素子６１０の奥側で焦点を結ぶようなレンズ効果が与えられる。それぞれの光は受光素子６１０の所定の受光領域で受光される。
【０２５７】
このとき、受光素子６１０上の受光領域には光ディスク２の再生層からの反射光だけでなく、非再生層からの反射光も同じ光路を経て入射するため、受光スポットは干渉により明暗分布が生じる。
【０２５８】
図６２は受光素子６１０上の受光領域および受光スポットの関係を示す。再生層で反射された光は、受光スポット６２１および６２２を形成する。受光スポット６２１を形成する光束は受光素子６１０の手前側で焦点を結び、受光スポット６２２を形成する光束は受光素子６１０の奥側で焦点を結ぶ。
【０２５９】
非再生層（光ディスク表面から見て再生層より手前の層）で反射された光は、受光スポット６２３および６２４を形成する。受光スポット６２３および６２４の大きさが異なる理由は、ホログラム素子３９のレンズ効果のためである。
【０２６０】
再生層および非再生層からの反射光の干渉によって、光の強度が増加または減少している明暗部６２５および６２６が現れる。
【０２６１】
実施形態１０と同様、再生層で反射された光および非再生層反射光のいずれも、光束の中心（光軸付近）の位相変化は小さいため、干渉による明暗部は光束の中央付近の比較的広い領域にわたって形成される。一方、光束の外周部では干渉によって間隔が比較的狭い干渉縞ができる。
【０２６２】
また、明暗部６２５および６２６の明暗は再生層と非再生層との層間隔により決定される。よって明暗部６２５および６２６の明暗は一致する。
【０２６３】
本実施形態では、いわゆるスポットサイズ検出法（ＳＳＤ法）によりＦＥ信号を検出する。このとき、３分割受光領域の中央の受光領域の幅ｗを、再生層に焦点が合っている時の受光スポット６２１、６２２の光束径の０．２５倍以上かつ０．６倍以下となるように構成する。
【０２６４】
この条件を検出光学系の倍率β、Ｓ字間隔ｄ、対物レンズの開口数ＮＡを用いて表すと
０．２５＜  ｗ／（２ＮＡ・ｄ・β）  ＜０．６  となる。
【０２６５】
このような明暗分布が生じている受光スポットに対して、以下の式によってＦＥ信号を求めると、ＦＥ信号に生じるオフセットを低減することができる。
【０２６６】
ＦＥ＝（６１０ａ＋６１０ｃ＋６１０ｅ）−（６１０ｂ＋６１０ｄ＋６１０ｆ）
【０２６７】
オフセットを低減できる理由は、明暗部６２５、６２６の大部分は、それぞれ３分割された受光領域のうち、中央の受光領域６１０ｂおよび６１０ｅに含まれるため、上記の演算によって明暗分布の影響を相殺できるためである。
【０２６８】
このＦＥ信号のレベルおよび極性に応じて、アクチュエータ１２によって対物レンズ８を光ディスク２に垂直な方向に（光軸方向）に移動させることにより、半導体レーザ３から出射した光を所定の記録層へ集光するフォーカスサーボが実現される。
【０２６９】
以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が受光素子に混入し、再生層からの反射光と干渉することによって生じるＦＥ信号のオフセットおよびオフセットの変動を低減することができる。
【０２７０】
なお干渉の影響は、上述した３分割受光領域の中央の受光領域６１０ｂおよび６１０ｅの短辺方向の幅を広くするほど、除去される。しかし、その幅を大きくしすぎると、ＦＥ信号のＳ字曲線の振幅が小さくなる。よって幅ｗは、２ＮＡ・ｄ・βの約０．４倍程度が適正である。
【０２７１】
一方で、上述の幅を狭くすると、明暗部６２５および６２６は中央受光領域６１０ｂ、６１０ｅの領域からはみ出して、それぞれ隣接する受光領域６１０ａおよび６１０ｃと、受光領域６１０ｄおよび６１０ｆとに入る。しかし、はみ出した部分の光の影響は上述の式に含まれる減算によって影響を相殺される。よって幅ｗが２ＮＡ・ｄ・βの約０．２５倍程度であれば、干渉の影響の少ないＦＥ信号を得ることができる。
【０２７２】
なお、３分割受光領域の中央受光領域の幅が比較的狭い場合には、下記の演算を行うことにより、オフセット変動の低減効果を高めることができる。なおゲインＧは適当に設定すればよい。
【０２７３】
ＦＥ＝（６１０ａ＋６１０ｃ）−（６１０ｄ＋６１０ｆ）−Ｇ（６１０ｂ−６１０ｅ）  （Ｇは係数）
【０２７４】
実施形態１０および１１に記載の光学ヘッドによれば、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が再生層反射光と干渉するのを防ぎ、ＦＥ信号のオフセットおよびオフセットの変動を低減することができる。これにより、層間隔を狭くして球面収差量を低減した多層光ディスクにおいても、ＦＥ信号のＳ字間隔を比較的余裕をもって確保できるため、安定したサーボ動作が可能となる。
【０２７５】
上述の種々の実施形態においては、種々の偏光方向を有する偏光変換素子を説明した。これらの偏光変換素子は、偏光方向を規則的な方向（たとえば４５度や９０度など）に変換するものと、不規則な方向に変換するものとに大別される。それぞれの製造方法は種々考えられる。
【０２７６】
偏光方向を規則的に変換する偏光変換素子の製造方法は、たとえば以下の３とおり考えられる。第１は、人工結晶を結晶軸の方向と水平な面で切り出し、偏光方向の数に応じた数の偏光板を作製し、それらを領域ごとに結晶軸が所望の方向を向くように張り合わせる方法である。第２は、基板上に液晶と未硬化の硬化性化合物との混合物を載せ、領域ごとにラビングを行って、液晶の配向方向を揃えた後、硬化性化合物を硬化させる方法である。第３は、基板上に高精細の格子パターンを形成し、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とをスパッタリングによって交互に積層させる方法である。
【０２７７】
一方、偏光方向を規則的に変換する偏光変換素子の製造方法は、たとえば以下の２とおり考えられる。第１は、基板上に液晶と未硬化の硬化性化合物との混合物を載せ、不規則にラビングを行って、硬化性化合物を硬化させる方法である。第２は、ガラス基板間に狭持された液晶と未硬化の硬化性化合物との混合物にガラス基板の両側または片側から電圧を印加し、液晶分子の配向方向を所望の偏光特性を有する状態にした後、硬化性化合物を硬化させる方法である。
【０２７８】
上述の製造方法によれば、各実施形態において言及した偏光変換素子を製造することが可能である。
【０２７９】
上述の各実施形態において説明した光学ヘッドは、光ディスク装置に組み込まれるとして説明した。そこで、図６７を参照しながら、そのような光学ヘッドを備える光ディスクの概略構成を説明する。
【０２８０】
図６７は、本発明による光ディスク装置の概略構成を示している。この光ディスク装置は、実施形態１から１１までのいずれかの光学ヘッド６７０、光ディスク２を回転させるディスクモータ６７２、および各種の信号処理を行う部分を備えている。
【０２８１】
図１に示す構成例では、光学ヘッド６７０の出力がフロントエンド信号処理部６７６を介してエンコーダ／デコーダ６７８に送られる。エンコーダ／デコーダ６７８は、データ読み出し時、光学ヘッド６７０によって得られる信号に基づいて光ディスク２に記録されているデータを復号する。データ書き込み時、エンコーダ／デコーダ６７８はユーザデータを符号化し、光ディスク２に書き込むべき信号を生成し、光学ヘッド６７０に送出する。
【０２８２】
フロントエンド信号処理部６７６は、光学ヘッド６７０の出力に基づいて再生信号を生成する一方、フォーカス誤差信号ＦＥやトラッキング誤差信号ＴＥを生成する。フォーカス誤差信号ＦＥやトラッキング誤差信号ＴＥは、サーボ制御部６８０に送出される。サーボ制御部６８０は、ドライバアンプ６７４を介してディスクモータ６７２を制御する一方、光学ヘッド６７０内のアクチュエータを介して対物レンズの位置を制御する。具体的には、サーボ制御部６８０は、フォーカス誤差信号ＦＥに基づいて対物レンズの位置を光ディスク２の情報記録層に垂直な方向に制御する。その結果、光の焦点が継続して再生対象または記録対象の情報記録層上に位置する。またサーボ制御部６８０は、トラッキング誤差信号ＴＥに基づいて対物レンズの位置を光ディスク２の半径方向に制御する。その結果、光の焦点が継続して再生対象または記録対象の情報記録層のトラックに追従する。エンコーダ／デコーダ６７８およびサーボ制御部６８０などの構成要素は、ＣＰＵ６７９によって制御される。なお、本発明による光ディスク装置は、図６７に示す構成を有するものに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【０２８３】
本発明にかかる光学ヘッドは、多層の光記録媒体から情報の再生を行う際に、非再生層からの反射光が受光素子に混入し干渉することにより生じるフォーカスエラー信号のオフセットを低減することができる。これにより、光記録媒体の情報記録層の間隔が狭くても安定したサーボ動作が可能な装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０２８４】
【図１】本実施形態による光学ヘッド１の構成を示す図である。
【図２】４分割受光素子１１の構成を示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、再生層反射光と非再生層反射光の位相差に応じて変わる受光素子１１上の明暗分布を示す図である。
【図４】他の例による境界線２８および２９の配置を示す図である。
【図５】さらに他の例による境界線３０−１〜３０−４の配置を示す図である。
【図６】実施形態２による４分割受光素子の構成を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、再生層反射光と非再生層反射光の位相差に応じて変わる受光素子１１上の明暗分布を示す図である。
【図８】他の例による受光領域の配置を示す図である。
【図９】図８に示した受光素子の中央の不感帯部分に、直線３１および直線３２で４分割された受光領域１１ｉ〜１１ｌを付加した受光素子を示す図である。
【図１０】受光領域１１ａ〜１１ｄを有する受光素子を示す図である。
【図１１】図９の受光素子の変形例を示す図である。
【図１２】図９の受光素子の変形例を示す図である。
【図１３】実施形態３による光学ヘッド１３０の構成を示す図である。
【図１４】偏光変換素子１３７の構成を示す図である。
【図１５】偏光変換素子１３７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。
【図１６】再生層２ａで反射した光と手前層２ｂで反射した光とが受光素子１３９で受光される時の光路を示す図である。
【図１７】実施形態４による光学ヘッド１７０の構成を示す図である。
【図１８】偏光変換素子１７７の構成を示す図である。
【図１９】偏光変換素子１７７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。
【図２０】再生層２ａで反射した光と奥層２ｃで反射した光が受光素子１３９で受光される時の光路を示す図である。
【図２１】実施形態５による光学ヘッド２１０の構成を示す図である。
【図２２】偏光変換素子２３７の構成を示す図である。
【図２３】偏光変換素子２３７、シリンドリカルレンズ１３８および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。
【図２４】再生層２ａ、手前層２ｂおよび奥層２ｃで反射した光が受光素子１３９で受光される時の光路を示す図である。
【図２５】偏光変換素子２３７の各領域を透過し、シリンドリカルレンズ１３８を経た光を受ける受光素子１３９を示す図である。
【図２６】偏光変換素子１３７の他の例を示す図である。
【図２７】偏光変換素子２３７の他の例を示す図である。
【図２８】実施形態６による光学ヘッド２８０の構成を示す図である。
【図２９】偏光選択素子２７７の構成を示す図である。
【図３０】偏光変換素子２３７、シリンドリカルレンズ１３８、偏光選択素子２７７および受光素子１３９の配置を示した斜視図である。
【図３１】実施形態７による光学ヘッド３１０の構成を示す図である。
【図３２】偏光変換素子３１７の構成を示す図である。
【図３３】受光素子１３９と再生層２ａからの反射光１６との関係を示す図である。
【図３４】受光素子１３９上における再生層２ａの手前層２ｂからの反射光のスポット形状を示す図である。
【図３５】反射光束１６および１７が重なった状態を示す図である。
【図３６】偏光変換素子３１７の他の例を示す図である。
【図３７】偏光変換素子３１７のさらに他の例を示す図である。
【図３８】実施形態８による光学ヘッド３８０の構成を示す図である。
【図３９】実施形態８による干渉抑制素子３２７の構成を示す上面図である。
【図４０】干渉抑制素子３２７の断面図である。
【図４１】受光素子１３９上での再生層２ａからの反射光１６と再生層手前の層２ｂからの反射光１７のスポット形状を示す図である。
【図４２】干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、検出スポットの波面を示す図である。
【図４３】干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、検出スポットの波面を示す図である。
【図４４】干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、受光素子１３９での光量分布を示す図である。
【図４５】干渉抑制素子３２７を用いなかった場合の、受光素子１３９での光量分布を示す図である。
【図４６】実施形態８による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、検出スポットの波面を示す図である。
【図４７】実施形態８による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、検出スポットの波面を示す図である。
【図４８】実施形態８による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、受光素子１３９での光量分布を示す図である。
【図４９】実施形態８による干渉抑制素子３２７を用いた場合の、受光素子１３９での光量分布を示す図である。
【図５０】矩形形状の段差部５００を有する干渉抑制素子３２７の構成を示す上面図である。
【図５１】矩形形状の段差部５００を有する干渉抑制素子３２７の断面図である。
【図５２】菱形形状の段差部５２０を有する干渉抑制素子３２７の構成を示す上面図である。
【図５３】菱形形状の段差部５２０を有する干渉抑制素子３２７の断面図である。
【図５４】実施形態９による光学ヘッド５４０の構成を示す図である。
【図５５】実施形態９による干渉抑制素子５３７の構成を示す図である。
【図５６】実施形態１０による光学ヘッド５６０の構成を示す図である。
【図５７】受光素子５１１の構成を示す図である。
【図５８】受光素子５１１上の受光領域および受光スポットの関係を示す図である。
【図５９】他の例による受光領域の形状・配置を示す図である。
【図６０】実施形態１１による光学ヘッド６００の構成を示す図である。
【図６１】受光素子６１０の構成を示す図である。
【図６２】受光素子６１０上の受光領域および受光スポットの関係を示す図である。
【図６３】実施形態５による偏光変換素子２３７のさらに他の例を示す図である。
【図６４】実施形態５による偏光変換素子２３７のさらに他の例を示す図である。
【図６５】実施形態７による偏光変換素子３１７のさらに他の例を示す。
【図６６】実施形態７による偏光変換素子３１７のさらに他の例を示す。
【図６７】本発明による光ディスク装置の概略構成を示す図である。
【図６８】一般的な光学ヘッド５１の構成を示す図である。
【図６９】（ａ）〜（ｅ）は６層光ディスクにおける再生層Ｌ２で反射した光と干渉する光の経路の例を示す図である。
【図７０】受光素子６１上の受光領域６１ａ〜６１ｄと受光スポット７１および７２との関係を示す図である。
【図７１】（Ａ）〜（Ｄ）は、位相分布を持つ受光スポット７１と７２が干渉したときの干渉縞の模様を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０２８５】
１１  ４分割受光素子
１１ａ〜１１ｄ  受光領域
２８、２９  境界線
３１、３２  仮想直線
２１  受光スポット
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007043663.tif 000074
【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】
2007043663.tif 000079
【図７】
2007043663.tif 000080
【図８】
2007043663.tif 000081
【図９】
2007043663.tif 000082
【図１０】
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【図１１】
2007043663.tif 000084
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2007043663.tif 000087
【図１５】
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【図１６】
2007043663.tif 000089
【図１７】
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【図１８】
2007043663.tif 000091
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2007043663.tif 000101
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
2007043663.tif 000119
【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【国際調査報告】
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