(57)【要約】【課題】複層光ディスクの再生時に迷光の光量を低減し光学系の位置合わせが容易な光ヘッド装置を提供する。【解決手段】複層光ディスクの情報記録面から反射される信号光を集光させた位置に回折素子を配置させ、回折作用を発現しないで進行させるとともに、回折素子で集光しない迷光を回折させることによって信号光と迷光との光路を異ならせ、信号光の進行方向に具備した光検出器に迷光の光量を大きく減じて到達させることによって、Ｓ／Ｎが大きい光ヘッド装置を実現できる。【選択図】図１
2009076165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの出射光を光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズと、
前記光源と前記光ディスクとの間の前記出射光の光路中に配置され、前記情報記録面から反射された信号光を前記出射光の光路とは異なる光路へ偏向分離するビームスプリッタと、
偏向分離された前記信号光を検出する光検出器と、
前記ビームスプリッタと前記光検出器との間の前記信号光の光路中に配置され前記信号光を集光させる第１の光学系と、
前記第１の光学系と前記光検出器との間の前記信号光の光路中に配置され、前記第１の光学系により集光後拡散した前記信号光を前記光検出器に再度集光させる第２の光学系と、
前記第１の光学系により前記信号光が集光される位置に回折素子が配置される光ヘッド装置。
【請求項２】
前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に前記光源からの出射光から１つのメインビームと２つのサブビームとを生成する３ビーム生成手段が配置される請求項１に記載の光ヘッド装置。
【請求項３】
前記第１の光学系により集光されて前記回折素子に入射する前記信号光のスポット径が、前記回折素子の周期構造からなる凹凸の１周期分である格子ピッチ以下である請求項１または２に記載の光ヘッド装置。
【請求項４】
前記回折素子の凸部または凹部の平坦部のいずれか短い方の長さをステップ長としたときに、前記第１の光学系により集光されて前記回折素子に入射する前記信号光のスポット径がステップ長以下であり、前記信号光が一つの前記凸部の平坦部または一つの前記凹部の平坦部にのみ入射する請求項１〜３いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項５】
前記回折素子が反射型回折素子である請求項１〜４いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【請求項６】
前記光源からの出射光が集光された前記情報記録面とは異なる前記光ディスクの面から反射されて前記回折素子に入射する迷光の光量に対して、前記回折素子を透過または反射して前記光検出器に到達する迷光の光量の割合が５％以下である請求項１〜５いずれか１項に記載の光ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＣＤ、ＤＶＤ等の光記録媒体（以下「光ディスク」という。）、特に複数層の情報記録層を有する複層光ディスクに対して記録再生を行う必要のある光ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクには、情報記録層が単層の単層光ディスクと、複数層ある複層光ディスクとがある。例えば２層の記録層を有する２層光ディスクに対して情報の記録再生を行うとき、光ディスクで反射されて光検出器に戻る戻り光は、光源からの出射光を集光させた所望の情報記録層により反射される光（以下、「信号光」という）のみならず、隣接した情報記録層などにより反射された光（以下、「迷光」という）の影響を受ける。複層光ディスクの記録再生を行う光ヘッド装置では、このような異なる記録層から反射される光によるクロストーク成分が再生信号、サーボ信号に影響を与えないような構成にする必要がある。なお、本明細書では、光ディスクに対する記録若しくは再生、または、記録および再生を総称して「記録再生」と表現する。
【０００３】
図９に従来の複層光ディスクの記録再生を行う光ヘッド装置における２層光ディスク再生時の光路の模式図を示す。２層光ディスクの光入射面から近い層をＬ１層、遠い層をＬ２層とする。例えば、Ｌ１層を１０２面として再生時に光検出器に受光される光１０６に対し、Ｌ２層を１０１面として反射された光１０４は、その焦点が光１０６より前方に位置する。一方、Ｌ２層を１０２面として再生時に光検出器に受光される光１０６に対し、Ｌ１層を１０３面として反射された光１０５は、その焦点が光１０６より後方に位置する。
【０００４】
Ｌ１層の再生時においてＬ１層（自層）からの戻り光は、光検出器の検出面上に集光される。Ｌ１層を基準として、Ｌ２層（他層）より反射された戻り光は、ビーム径が大きく光密度は低いものの光検出器の検出面上に迷光となって照射されて、Ｌ１層（自層）からの戻り光と光検出器上で干渉を生じる。情報記録層の層間隔や光源波長の変化により光の干渉条件が変化すると、信号強度が変化して読み取り性能が低下する問題を引き起こす。とくに３ビーム法を用いる光ヘッド装置では、信号光のサブビームとなる±１次回折光は光量がメインビームに比べて少ないので、迷光の干渉による影響をより受けやすい。
【０００５】
この対策として、再生する情報記録層である信号光を集光レンズで集光させた点にピンホールを配置し、焦点が合わない迷光を検出器に導く光量を減じる光記録再生装置が提案されている（特許文献１）。この他に、信号光を集光レンズで集光させる点の前後の光路中に１／４波長板を１枚ずつ配置し、この１／４波長板が２つの領域に分割されており領域ごとに進相軸と遅相軸とを異ならせて配置することで、信号光と迷光との偏光方向が直交になるようにして、偏光光学素子によって信号光のみを透過させて検出器に導くことで迷光を検出器に導く光量を減じる光ピックアップ装置が提案されている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−３０６５４６号公報
【特許文献２】特開２００６−３４４３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている光記録再生装置では、光検出器に到達する迷光成分を減少させるためにピンホールの径を小さくする必要があり、光検出器に到達する信号光の光量も減少してしまうという問題があった。また、上のように小さなピンホールを用いるため位置合わせが困難で量産に不向きであるという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている光ピックアップ装置では、２つの集光レンズの他に２枚の１／４波長板と偏光光学素子が必要になるので、部品点数が多く、これらの光学素子の位置合わせ調整が必要となるのでコスト的に不利であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、光検出器上での迷光成分を十分に除去し、さらに信号光強度を低下させることなく、さらに位置合わせが比較的容易に複層光ディスクを再生することができる光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光源と、前記光源からの出射光を光ディスクの情報記録面上に集光させる対物レンズと、前記光源と前記光ディスクとの間の前記出射光の光路中に配置され、前記情報記録面から反射された信号光を前記出射光の光路とは異なる光路へ偏向分離するビームスプリッタと、偏向分離された前記信号光を検出する光検出器と、前記ビームスプリッタと前記光検出器との間の前記信号光の光路中に配置され前記信号光を集光させる第１の光学系と、前記第１の光学系と前記光検出器との間の前記信号光の光路中に配置され、前記第１の光学系により集光後拡散した前記信号光を前記光検出器に再度集光させる第２の光学系と、前記第１の光学系により前記信号光が集光される位置に回折素子が配置される光ヘッド装置を提供する。
【００１１】
この構成により、信号光は集光されているため回折素子の周期的な位相変化に影響されずに、回折素子により回折されずに回折素子を透過する。一方、迷光は信号光の集光位置で集光されず広がりをもつため回折素子の周期的な位相変化により回折され、直進透過する光の光量を減じることにより、光検出器における信号光と迷光との干渉を低減することができ、層間クロストークの低減ができる。
【００１２】
また、前記光源と前記ビームスプリッタとの間の光路中に前記光源からの出射光から１つのメインビームと２つのサブビームとを生成する３ビーム生成手段が配置される上記に記載の光ヘッド装置を提供する。
【００１３】
この構成により、光ディスクの再生において３ビーム法を用いる場合において、光検出器上で、メインビームに比べてとくに信号光と迷光との干渉の影響を受けやすいサブビームにおいても有効に迷光を低減することができるので、記録情報の再生の品質向上が実現できる。
【００１４】
また、前記第１の光学系により集光されて前記回折素子に入射する前記信号光のスポット径が、前記回折素子の周期構造からなる凹凸の１周期分である格子ピッチ以下である上記に記載の光ヘッド装置を提供する。
【００１５】
この構成により、回折素子に入射して光検出器に到達する信号光の光量を大きく減じることなくするとともに光検出器に到達する迷光の光量を大きく減じることができるので、層間クロストークをより低減することができる。
【００１６】
また、前記回折素子の凸部または凹部の平坦部のいずれか短い方の長さをステップ長としたときに、前記第１の光学系により集光されて前記回折素子に入射する前記信号光のスポット径がステップ長以下であり、前記信号光が一つの前記凸部の平坦部または一つの前記凹部の平坦部にのみ入射する上記に記載の光ヘッド装置を提供する。
【００１７】
この構成により、信号光の集光位置が固定されるので、光学系の調整をより簡単に行うことができるとともに、光検出器に到達する信号光の光量を大きく減じることなくすることができるのでＳ／Ｎ大きくすることでき、迷光との干渉が少ない品質の良い記録情報の再生を実現することができる。
【００１８】
また、前記回折素子が反射型回折素子である上記に記載の光ヘッド装置を提供する。
【００１９】
この構成により、回折素子を反射した方向に具備された光検出器に到達する迷光の光量を低減できることで、層間クロストークをより低減することができるとともに、光学系の配置の自由度が大きくなることにより小型な光ヘッド装置を実現することができる。
【００２０】
また、前記光源からの出射光が集光された前記情報記録面とは異なる前記光ディスクの面から反射されて前記回折素子に入射する迷光の光量に対して、前記回折素子を透過または反射して前記光検出器に到達する迷光の光量の割合が５％以下である上記に記載の光ヘッド装置を提供する。
【００２１】
この構成により、光検出器に到達する迷光の光量を十分に低減させることができるので信号光のＳ／Ｎが大きくすることができ、迷光との干渉が少ない品質の良い記録情報の再生を実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、光検出器上で信号強度を大きく低下させることなく迷光の光量を低減して複層光ディスクを再生することができるとともに、光学素子の位置合わせ精度が容易な光ヘッド装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１の実施の態様）
図１は、本発明の第１の実施態様に係る光ヘッド装置１０の概念的な構成を示す図である。光ヘッド装置１０は、所定の波長の光束を出射する光源１１と、入射された光束を平行光に変換するコリメータレンズ１２と、コリメータレンズ１２から出射された上記の光束を光ディスク１５の方向に透過させるとともに、光ディスク１５の情報記録面１５ａにより反射された戻り光を偏向分離して光検出器１８に導くビームスプリッタ１３と、ビームスプリッタ１３を透過した光束を光ディスク１５の情報記録面１５ａに集光させる対物レンズ１４と、前記戻り光を回折素子２０に集光させる第１の光学系となるレンズ１６と、回折素子２０より出射された光束を光検出器１８に集光させる第２の光学系となるレンズ１７と、を備える。また、光源１１から出射する光が直線偏光であれば、ビームスプリッタ１３と対物レンズ１４との間の光路中に図示しない１／４波長板を配置する。
【００２４】
再生時には光検出器１８において、光ディスク１５の情報記録面１５ａに記録された情報の読み取り信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号が検出される。なお、光ヘッド装置１０は、上記のフォーカスエラー信号に基づいてレンズを光軸方向に制御する図示しないフォーカスサーボと、上記のトラッキングエラー信号基づいてレンズを光軸にほぼ垂直な方向に制御する図示しないトラッキングサーボとを備える。
【００２５】
光源１１は、例えば６５０ｎｍ波長帯の直線偏光の発散光束を出射する半導体レーザで構成される。なお、本発明で用いられる光源１１は、６５０ｎｍ波長帯の光に限定されず、例えば４００ｎｍ波長帯の光や７８０ｎｍ波長帯の光、その他の波長帯の光であってもよい。ここで、４００ｎｍ波長帯、波長６５０ｎｍ波長帯および７８０ｎｍ波長帯は、それぞれ、３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ〜６９０ｎｍおよび７６０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲とする。
【００２６】
また、光源１１は、２種類または３種類の波長の光束を出射する構成としてもよい。かかる構成の光源としては、２個または３個の半導体レーザチップが同一基板上にマウントされた、所謂ハイブリッド型の２波長レーザ光源または３波長レーザ光源や、互いに異なる波長の光を出射する２個または３個の発光点を有するモノシリック型の２波長レーザ光源または３波長レーザ光源でもよい。
【００２７】
図２（ａ）は第１の実施態様における回折素子２０の平面模式図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ´で切断するときに回折素子２０の断面模式図で、回折素子２０は周期的な凹凸構造からなる。回折素子２０は透光性を有する材料で構成されている透過型回折素子である。図２（ｂ）の例では透明基板２３の断面が周期的な矩形形状の凹凸構造として示しているが、このような形状に限らず断面が階段状となる擬似ブレーズ形状であってもよく、その場合、回折光の特定の次数、例えば＋１次の回折効率のみを高くできるというような効果がある。また図２（ａ）のように回折素子全面で一様に格子溝の長手方向が平行な直線形状のものに限らず、格子溝形状が波型などの曲線であってもよい。また、回折格子平面上の任意の点を中心として同心円状の周期的凹凸形状を有するものであったり、回折素子を複数の領域に分割し、それぞれの領域で格子溝方向が異なる構成であってもよい。
【００２８】
図１の光ヘッド装置１０の光ディスク１５の情報記録面１５ａで反射された信号光は、第１の光学系となるレンズ１６によって回折素子２０に焦点を合わせるようにして集光する。一方、光ディスク１５の情報記録面１５ａと異なる他の情報記録面によって反射された迷光は、レンズ１６によって回折素子２０には焦点が合わないので、集光されずに広がった光束となって到達する。このときの回折素子２０に到達する信号光と迷光との様子を図２（ａ）、図２（ｂ）に模式的に示す。信号光２１は、第１の光学系となるレンズ１６によって集光され回折素子の一つの凸部の平坦部または一つの凹部の平坦部で定義されるステップにのみに集光された信号光が到達するように調整されている。これに対して、迷光２２は、回折素子２０に焦点が合わないので、回折素子の凹凸の数周期にわたり広がって到達する。ここで信号光は回折素子２０の一つの凸部のステップ上に集光されるような構成としているが、回折素子の一つの凹部のステップ上に集光されるように光学系を調節してもよい。ここで凸部とは、回折格子構造の溝の底辺から頂点までの高さにある光学材料の部分として図２（ｂ）の２０ａに該当し、凹部は溝の底辺から凸部の頂点までの高さにある空間として図２（ｂ）の２０ｂに該当する。凸部と凹部は光学材料と空気との組み合わせに限らず、２種類の光学材料の組み合わせとしてもよい。また、ステップは、この一つの凸部の平坦部および一つの凹部の平坦部ように回折格子構造の凹凸のうち基板に平行な部分を総称するもので、凸部または凹部いずれかのステップの最短となる距離をステップ長とする。また、Ｄｕｔｙが５０％のときは凸部のステップ長と凹部のステップ長は一致する。
【００２９】
また、回折素子２０が有する周期的な回折格子構造の凹凸の１周期の最短距離を格子ピッチ（長さＰ）とし、回折素子２０に集光されて到達する信号光の領域をスポットと定義し、格子ピッチとスポットとの関係について説明する。なお、スポットは略円形でありスポットの直径をスポット径（直径ｄ）とし、スポット径は信号光の強度のピークに対して１０％以上の強度の範囲を含むものである。図３（ａ）は、第１の光学系となるレンズ１６から光検出器１８までの光路を示す。光学系３０は、回折素子２０に入射する光の波長に対して回折素子の凸部２０ａを直進透過する光に対して、凹部２０ｂを直進透過する光が１／２波長の光路差をもって出射するように設計される。この場合、回折格子構造の格子ピッチＰと入射する信号光のスポット径との位置関係、および格子ピッチとスポット径の大きさとの関係により、回折素子２０に入射する光量に対して光検出器１８で検知する光量の比で定義される透過率の変化を考える。なお、この光学系３０でレンズ１６の半径は約０．２ｍｍ、レンズ１６と回折素子２０との距離を１ｍｍとして計算する。ここでは、回折素子２０は表面に凹凸を有する形状を図示しているが、これに限らず２０ａと２０ｂとを透過する光の位相差が１／２波長分発現すればよく材料の組み合わせによって必ずしも表面に凹凸形状を有しなくてもよい。
【００３０】
まず、スポット径ｄの中心と格子ピッチＰとの位置関係について、図３（ｂ）に示すように格子ピッチＰの凸部のステップの中心点である点Ａを基点としてスポットの中心（＝光軸）が点AからＺ軸に平行のままＸ軸方向にずれたときの透過率の変化について説明する。例として、図４（ａ）にスポット径ｄを３μｍ、格子ピッチＰを２０μｍ（Ｄｕｔｙ比：凸部ステップ長／ピッチ＝５０％）として、光軸が点Ａからずれて入射したときの透過率変化特性を示す。なお、回折格子構造は、凸部と凹部を通過する光の位相差が１／２波長となるように設定している。スポットの光軸が点Ａからずれると透過率は低下するが、光軸が凸部と凹部との境界（点Ｂ）に一致したときで透過率は約７８％となる。また、図４（ｂ）に同様に点Ａを基点として光軸をずらすとき、スポット径ｄを３μｍ、格子ピッチＰを１０μｍ（Ｄｕｔｙ＝５０％）として、光軸が点Ａからずれて入射したときの透過率変化特性を示す。このとき、最も透過率が低くなるスポット径の中心が点Ｂに一致したとき、透過率は７３％となる。このことから、最も透過率が低くなる位置が光軸と点Bとが一致した点であるが、スポット径がステップ長よりも短いこの例で７３％以上の透過率が得られるので、凸部と凹部との境界をまたいで信号光が入射してもよい。
【００３１】
次に、スポット径ｄを固定し、格子ピッチＰ（Ｄｕｔｙ＝５０％）を変化させたときの透過率の変化について説明する。なお、図４（ｃ）に示すように格子ピッチの凸部の中心点である点Ａと光軸とは一致させる。例として、スポット径ｄを３μｍで格子ピッチＰを１００μｍ〜２μｍの間で変化させると、図４（ｃ）に示すように格子ピッチＰが小さくなるにつれて透過率は低下し、スポット径ｄと格子ピッチＰとが一致するときの透過率は約６３％となる。格子ピッチＰがスポット径ｄより小さくなると透過率はさらに大きく低下する。これより、回折素子にスポット径ｄで集光する信号光は、回折格子の凸部と凹部との境界を一つまたいで入射してもよいが、スポット径ｄが格子ピッチＰ以下になるように設定することで信号光の透過率を大きく低下させずに光検出器に到達させることができる。なお、格子ピッチＰは、入射する光の波長より格子ピッチが短くなると回折しなくなって迷光の光量を十分に低減できないため、格子ピッチＰの下限は１μｍ程度である。一方で格子ピッチＰが長くなると信号光のスポットと回折素子と位置調整が容易になりスポット径外側の光強度が弱い信号光（ピーク強度の１０％未満）も透過して透過率が上がるものの、迷光が十分に回折されずに直進透過してしまう迷光が大きくなるので、格子ピッチ上限は１００μｍ程度であるとよい。これらの理由により、格子ピッチは５〜５０μｍの範囲であればより好ましく、１０〜３０μｍであるとさらに好ましい。
【００３２】
さらに、信号光のスポット径ｄは格子ピッチＰの半分（ステップ長）以下であり、信号光は回折格子の凸部または凹部のいずれか一方にのみ入射するようにすると、透過率を上げて光利用効率およびＳ／Ｎを大きくできるので好ましい。また、凹凸形状が矩形の回折格子のＤｕｔｙは４５％〜５５％の範囲であれば好ましく、５０％であれば迷光の直進透過効率を略０とすることができるので好ましい。また、断面の凹凸形状が階段状となる擬似ブレーズ形状の場合においても、スポット径はステップ長以下であれば信号光の直進透過光率を大きくできるので好ましく、さらにスポットが１つのステップにのみ入射すればより好ましい。
【００３３】
次に、回折素子に入射する迷光について説明する。迷光が回折素子に入射すると回折素子を出射して光検出器が配置される直進方向に進行する光量が回折作用によって十分に減じられ、直進方向に出射する光量が略０になることが好ましい。信号光は、上述のように第１の光学系で集光されて回折素子に入射するスポット径は格子ピッチ以下であることが好ましいことを説明したが、一方で他層から反射されて回折素子に入射する迷光の径（以下、迷光スポット径）は少なくとも回折作用を発現させ、直進方向に出射する迷光の光量が大きく減じられる迷光スポット径であることが必要である。とくに、直進透過効率が略０となるような回折格子構造の設計をした回折素子において、格子ピッチを基準に必要な迷光スポット径について以下に述べる。
【００３４】
以下に、回折素子に入射する光の径が格子ピッチ数（Ｎ）であるとき、直進方向（入射光の光軸）に対してθの方向に出射する光量（Ｉ）の分布式を示す。
【００３５】
【数１】
2009076165.tif 000003
【００３６】
ここで、Ｐは格子ピッチ、λは入射する光の波長を表す。また、（１）式のφは（２）式で表される。
【００３７】
式（２）でφ＝２πとしたときのθの方向を１次回折方向と一致させると、φに対する光量Ｉは図５のように求められる。図５は、迷光スポット径が格子ピッチのＮ倍のとき、とくにＮ＝５、６、７および８のときのそれぞれ迷光の入射光量に対する出射光量分布（Ｉ）を示したものである。φ＝０のときの光量は直進透過光量として考えることができる。φ＝２πとするときのθの方向は、波長λおよび格子ピッチＰによって値を調整できる。例えば、φ＝６．２８（＝２π）のときに、θ＝４５°となるようにλ、Ｐが設定されていると、θ＝０〜４５°（φ＝０〜６．２８）の間に図５に示されるように数点、光量のピークが分布するというものである。このφ＝０〜２πの間にあるピークの光量は、Ｎの数が大きくなる、つまり格子ピッチが一定で迷光スポット径が大きくなるにつれて、小さくなる。１次光の回折角、光検出器（受光エリア）の大きさ、回折素子と光検出器との光学距離といった光学設計にもよるが、とくに直進透過方向に近い、φが０に近づく角度の光量のピーク値が低いほど光検出器に到達する迷光の光量が小さくなる。φが０に最も近い位置の光量のピークは迷光スポット径が格子ピッチＰの６倍（Ｎ＝６）以上で１％以下となっており、直進透過する迷光の光量が十分に小さくなる。
【００３８】
回折素子２０に入射する迷光の光量に対して直進方向に出射する迷光の光量は５％以下であれば概ね光量を低減できて好ましく、１％以下であればより好ましく、略０％であればさらに好ましい。一方、回折作用を発現しない信号光は透過率が高いことが好ましく、そのために回折素子２０表面には図示しない反射防止膜によって透過率を上げる構成にすることが好ましい。
【００３９】
上述のように信号光は、回折素子２０の一つの凸部の平坦部に集光され、回折格子が有する周期的構造によって回折作用を発現しないため、回折素子２０を直進透過する。回折素子２０を直進透過した信号光は、光束径を広げながら直進するが、レンズ１７により光束径を狭めながら直進し、光検出器１８に再び集光された信号光が到達する。一方、迷光は、回折素子２０に集光されずに入射するので、回折格子によって回折作用を発現するため、直進透過して光検出器１８に到達する迷光の光量を減じることができる。
【００４０】
図６は光検出器６１に到達する信号光および回折素子２０により回折された迷光の様子を信号光の光軸に垂直な面からみた模式図である。信号光は、回折素子２０を直進透過してレンズ１７によって光束径を狭めて光検出器６１の領域６２のように集光されて到達する。一方、迷光は回折素子２０で回折作用によって直進透過する光量を減じる。例えば、回折素子２０の回折格子構造の断面が矩形の凹凸形状を有し、直進透過効率（０次回折効率）が略０で、＋１次回折効率と−１次回折効率とが略等しい０ではない一定の効率を有する場合、迷光は６３の領域のように光束径を広げた状態となる。迷光の直進透過効率が小さいほど光検出器６１に到達する迷光の光量を低減できるので、光検出器６１上で信号光と迷光との干渉を低減することができる。このとき、入射する迷光の光量に対し直進透過する光量の割合で定義される直進透過効率は５％以下が好ましく、１％以下であればより好ましく、略０％であればさらに好ましい。なお、信号光は光検出器６１の図示しない受光エリアに集光され、また受光エリアは図示しない複数のセグメントに分割されることにより、各セグメントに到達する光量の演算結果からトラッキングエラー信号などを生成して制御するようになっている。
【００４１】
これまで光源１１からの出射光は単一のビームについて説明したが、例えば光源１１とビームスプリッタ１３との間の光路中に回折格子構造を有する図示しない３ビーム生成手段を具備して、１つのメインビームと２つのサブビームを生成して光ディスクに到達させてもよい。３ビーム生成手段は例えば、回折格子からなる光学素子で直進透過光と＋１次光および−１次光を生成する。このように３ビーム法を用いてトラッキングエラー信号を生成する場合、３つのビームそれぞれの信号光が、回折素子２０の格子ピッチ以下となるスポット径で入射すると好ましく、格子ピッチの半分以下のスポット径でかつ一つの凸部の平坦部または一つの凹部の平坦部にのみ入射するとより好ましい。
【００４２】
このように、光ディスクからの反射される戻り光のうち信号光を回折素子へと集光させ、回折素子から出射された光を再び光検出器に集光させることで、信号光の光量を減らすことがなく光検出器にいたる迷光の光量を低減し、信号光と迷光の干渉を低減することができ、層間クロストークを低減することができる。また、信号光のスポット径が格子ピッチの半分以下であれば回折格子構造の凸部と凹部の境界をまたいで入射してもよいので、回折素子の位置合わせが比較的簡単な光ヘッド装置を実現することができる。
【００４３】
（第２の実施の態様）
図７は、本発明の第２の実施態様に係る光ヘッド装置７０の概念的な構成を示す図である。光ヘッド装置７０は、所定の波長の光束を出射する光源７１と、入射された光束を平行光に変換するコリメータレンズ７２と、コリメータレンズ７２から出射された上記の光束を光ディスク７５の方向に透過させるとともに、光ディスク７５の情報記録面７５ａにより反射された戻り光を偏向分離して回折素子８０に導くビームスプリッタ７３と、ビームスプリッタ７３を透過した光束を光ディスク７５の情報記録面７５ａに集光する対物レンズ７４と、前記戻り光を回折素子８０に集光させる第１の光学系となるレンズ７６と、回折素子８０より反射されレンズ７６を通過した光束を光検出器７８に集光させるレンズ７７と、を備える。また、光源７１から出射する光が直線偏光であれば、ビームスプリッタ７３と対物レンズ７４との間の光路中、およびビームスプリッタ７３とレンズ７６との光路中に図示しない１／４波長板を配置する。このとき、反射型回折素子である回折素子８０と第１の光学系であるレンズ７６と一体化されていてもよく、さらに図示しない１／４波長板を一体化してもよい。
【００４４】
図８（ａ）は第２の実施態様における回折素子８０の平面模式図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｘ´で切断するときに回折素子８０の断面模式図で、回折素子８０は周期的な凹凸構造からなる。回折素子８０は、透明基板８３の凹凸の表面に反射膜８４を有し、これによって光の反射作用とともに反射回折作用を発現させる点が第１の実施態様の回折素子２０とは異なる、反射型回折素子である。また、図８（ｂ）の例では周期的な矩形形状の凹凸構造として示しているが、このような形状に限らず断面が階段状となる擬似ブレーズ形状でもよい。また図８（ａ）のように回折素子全面で一様で格子溝の長手方向が平行な直線形状のものに限らず、格子溝形状が波型などの曲線であってもよい。また、回折格子平面上の任意の点を中心として同心円状の周期的凹凸形状を有するものであったり、回折素子を複数の領域に分割し、それぞれの領域で格子溝方向が異なる構成であってもよい。
【００４５】
反射機能を有する回折素子８０は、図８（ｂ）に示すように透明基板８３の断面が周期的な凹凸となる面に金属薄膜８４を施した構成で実現できる。この場合、透明基板に凹凸の加工を施した後にスパッタリング法による金属薄膜を成膜するプロセスにより実現することができる。金属薄膜の材料として、Ａｇ、Ａｌが挙げられる。反射機能を有する回折素子は上述の構造に限らず、透明性のない金属基板や光の反射機能を有する多層膜を断面が周期的な凹凸形状となるように加工を施したものを用いてもよい。または、反射機能を有する基板上に透明材料からなる薄膜を形成し凹凸加工を施したものを用いてもよい。
【００４６】
図７の光ヘッド装置７０の光ディスク７５の情報記録面７５ａで反射された信号光は、レンズ７６によって回折素子８０の面に焦点を合わせるようにして集光する。一方、光ディスク７５の情報記録面７５ａと異なる他の情報記録面によって反射された迷光は、レンズ７６によって回折素子８０の面には焦点が合わないので、集光されずに広がった光束となって到達する。このときの回折格子８０に到達する信号光と迷光との様子を図８（ａ）、図８（ｂ）に模式的に示す。図８（ａ）は、回折素子８０の平面つまり、信号光の光軸に垂直な平面から見た模式図、図８（ｂ）は回折素子の断面の模式図である。信号光は、回折素子８０の面に焦点が合って到達するので、集光され回折素子の一つの凸部のステップにのみ領域８１のように集光された信号光が到達するように調整されている。これに対して、迷光は、回折素子８０の面に焦点が合わないので、領域８２のように回折素子の凹凸の数周期にわたり広がって到達する。ここで信号光は回折素子８０の一つの凸部のステップに集光されるような構成としているが、回折素子の一つの凹部のステップに集光されるように光学系を調節してもよい。また、断面の凹凸形状が階段状となる擬似ブレーズ形状の場合においても、スポット径はステップ長以下であれば信号光の直進透過光率を大きくできるので好ましく、スポットが１つのステップにのみ入射すればより好ましい。
【００４７】
上述のように信号光は、回折素子８０の一つの凸部のステップに集光され、回折格子が有する周期的構造によって回折作用を発現しないため、回折素子８０を正反射する。正反射は、光が入射する角度に等しい角度で表面から反射されるものであり、図７の光ヘッド装置７０では、信号光の光軸と回折素子８０の表面に垂直な方向とがなす角度が０°となるので、信号光の入射方向と反対方向に反射（正反射）される。回折素子８０を正反射した信号光は、光束径を広げてレンズ７６により平行な光束径となって直進し、レンズ７７によって再び集光されて光検出器７８に到達する。一方、迷光は、回折素子８０に集光されずに入射するので、回折格子によって反射回折作用を発現するため、信号光と同じよう光路で正反射して光検出器７８に到達する迷光の光量は減じられる。上述したようにビームスプリッタ７３とレンズ７６との間の光路中に図示しない１／４波長板を設置することで回折素子８０を正反射した光の偏光状態を調整できるので、ビームスプリッタ７３を透過して光検出器７８に到達させることができる。
【００４８】
第２の実施態様において、信号光は、回折素子８０を正反射してレンズ７６およびレンズ７７によって光束径を狭めて光検出器７８に集光されて到達する。一方、迷光は回折素子７０で反射回折作用によって正反射する光量が略０となるかまたは光量を減じて光検出器７８に到達する。例えば、回折素子８０の回折格子構造が矩形の凹凸形状を有し、入射する光の光量に対して、正反射する光の光量の割合を正反射効率または０次反射回折効率とし、入射する光の光量に対する＋１次光で回折反射する光量、−１次光で回折反射する光量をそれぞれ＋１次反射回折効率、−１次反射回折効率とする。このとき、反射される迷光は、正反射効率が略０で、＋１次反射回折効率と−１次反射回折効率とが略等しい０ではない一定の効率を有する場合、光検出器７８の方向とは異なって進行する。迷光の正反射効率が小さいほど光検出器７８に到達する迷光の光量を低減できるので、光検出器７８上で信号光と迷光との干渉を低減することができる。このとき、入射する迷光の光量に対し正反射する迷光の光量の割合で定義される正反射効率は５％以下が好ましく、略０％であればより好ましい。
【００４９】
なお、回折素子８０に集光されて入射する信号光のスポット径と回折素子８０の格子ピッチとの関係は、第1の実施態様と同様の特性となる。つまり、信号光は、ステップ長に対してスポット径ｄが短いとき、スポット径ｄの中心（＝光軸）がずれて入射しても大きく光量を減じることなく光検出器に到達する。また、信号光のスポット径ｄは格子ピッチP以下であれば大きく光量を減じることなく光検出器に到達するので位置合わせが容易となる。迷光が回折素子８０に入射する迷光スポット径は、回折素子８０の格子ピッチの好ましくは6倍以上の大きさがあれば、回折作用を発現でき、光検出器に到達する迷光を十分に低減することができる。
【００５０】
なお、反射回折を利用した第２の実施態様の光ヘッド装置７０は、信号光の光軸と回折格子８０の面を垂直に配置して、信号光の正反射を作用させる機能を説明したが、この態様に限らない。例えば、信号光の光軸と回折素子８０の面とがなす角度αが０°でなければ、αの角度で正反射される。回折素子８０に到達する信号光のスポット径と回折素子８０の一つの凸部または一つ凹部のステップ長との関係にもよるが、凸部と凹部との境界に信号光のスポット径が重ならないような角度に設定すると、αの角度で正反射される位置に具備された光検出器７８に信号光の光量を大きく減じることなく到達させることができる。これより、例えば反射させた信号光を光ヘッド装置７０のビームスプリッタ７３を通過することなく光検出器に到達させることもできるので、設計自由度を高くすることができる。
【００５１】
このように、光ディスクからの反射される戻り光のうち信号光を回折素子へと集光させ、回折素子で反射された光を再び光検出器に集光させることで、信号光の光量を減らすことがなく光検出器にいたる迷光の光量を低減し、信号光と迷光の干渉を低減することができ、層間クロストークを低減することができる。また、信号光のスポット径が格子ピッチの半分以下であれば回折格子構造の凸部と凹部の境界をまたいで入射してもよいので、回折素子の位置合わせが比較的簡単な光ヘッド装置を実現することができる。
【００５２】
（実施例１）
図２に示すように表面に凹凸がある回折素子２０に波長４０５ｎｍの光が入射するものとして下記のように設定する。波長４０５ｎｍの光に対する屈折率が１．４６の石英基板を用いてフォトリソグラフィプロセス、およびエッチング加工プロセスにより断面構造が周期的な凹凸を有し、凹部の溝の深さが０．４４μｍであり凹凸部が長手方向に平行となる回折格子構造を形成する。凹部の媒質を空気（屈折率＝１）とすると凸部と凹部との屈折率差Δｎが０．４６で、凹部の溝の深さＤが０．４４μｍであるので、石英基板面に垂直に入射する４０５ｎｍの光は、凸部と凹部とでΔｎとＤとの積で示される光路差が約１／２波長の設計となり、直進透過光率を略０とすることができる。さらに、回折素子表面からの反射によるロスを低減するために、回折素子の凸部、凹部面に反射防止膜の加工を行う。
【００５３】
このように作製した回折素子を図１に示すように光ヘッド装置１０に具備し、レンズ１６で集光された信号光が回折素子２０の一つの凸部のステップに集光されるように光学系を調整する。また、回折素子の凹凸部の長手方向は、レンズシフトにより光が変位する方向と一致させ、信号光がレンズシフトによって凸部と凹部との境界に到達しないようにする。
【００５４】
このような光ヘッド装置では信号光は、回折素子に集光されても回折されずに高い直進透過光率で直進方向に具備される光検出器に到達する。一方、迷光は回折素子で集光されないで到達するため回折作用により直進透過率が略０となる。したがって、直進方向に具備される光検出器には信号光を大きく低減することなく迷光の光量が大きく減じられて到達する。これにより、光検出器上ではＳ／Ｎが大きくなり迷光と信号光との干渉が低減し、層間クロストークの低減が可能な光ヘッド装置が得られる。
【００５５】
（実施例２）
図８に示すように表面に凹凸がある回折素子８０に波長４０５ｎｍの光が入射するものとして下記のように設定する。石英基板を用いてフォトリソグラフィプロセス、およびエッチング加工プロセスにより断面構造が周期的な凹凸を有し、凹部の溝の深さが０．１０μｍであり凹凸部が長手方向に平行となる回折格子構造を形成する。この回折格子構造の上に反射機能をもたせるため、スパッタ法によりＡｇを約０．５μｍの厚さで成膜する。回折素子８０に入射する光は屈折率＝１の空気を媒質にして進行し、Ａｇ膜の表面で反射する。凹部の溝の深さが０．１０μｍであるので、凸部を反射して進行する光と凹部を反射して進行する光との光路差が約１／２波長となり、正反射効率を略０とすることができる。
【００５６】
このように作製した回折素子を図７に示すように光ヘッド装置７０に具備し、レンズ７６で集光された信号光が回折素子８０の一つの凸部のステップ上に集光されるように光学系を調整する。また、回折素子の凹凸部の長手方向は、レンズシフトにより光が変位する方向と一致させ、信号光がレンズシフトによって凸部と凹部との境界に到達しないようにする。
【００５７】
このような光ヘッド装置では信号光は、回折素子に集光されても回折されずに高い正反射率で反射方向に具備される光検出器に到達する。一方、迷光は回折素子に集光されないで到達するため回折作用により正反射率が略０となる。したがって、直進方向に具備される光検出器には信号光を大きく低減することなくかつ、迷光の光量が大きく減じられて到達する。これにより、光検出器上ではＳ／Ｎが大きくなり迷光と信号光との干渉が低減し、層間クロストークの低減が可能な光ヘッド装置が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明に係る光ヘッド装置は、多層光ディスクから反射されて光検出器までの光路中に、集光光学系と回折素子を配置することで、光検出器の受光エリアに多層光ディスクによって発現する迷光の光量を効率よく減じることができる。したがって、信号光とのクロストークによる影響を低減でき有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１の実施態様における光ヘッド装置の概念的構成図。
【図２】（ａ）第１の実施態様における回折素子の平面模式図。（ｂ）第１の実施態様における回折素子の断面模式図。
【図３】（ａ）第１の実施態様における信号光の光路を示す模式図。（ｂ）、（ｃ）信号光のスポット径と格子ピッチとの関係を示す模式図。
【図４】（ａ）、（ｂ）信号光の光軸のずれに対する透過率のグラフ。（ｃ）信号光のスポット径に対する透過率のグラフ。
【図５】回折素子へ入射する光（迷光）の径（格子ピッチのＮ倍）の大きさに対する回折素子を出射する角度と光量の関係を示すグラフ。
【図６】光検出器の受光模式図。
【図７】第２の実施態様における光ヘッド装置の概念的構成図。
【図８】（ａ）第２の実施態様における回折素子の平面模式図。（ｂ）第２の実施態様における回折素子の断面模式図。
【図９】２層光ディスク再生時の光路模式図。
【符号の説明】
【００６０】
１０、７０：光ヘッド装置
１１、７１：光源
１２、７２：コリメータレンズ
１３、７３：ビームスプリッタ
１４、７４：対物レンズ
１５、７５：光ディスク
１５ａ、７５ａ：情報記録面
１６、７６：レンズ（第１の光学系）
１７、７７：レンズ（第２の光学系）
１８、６１、７８：光検出器
２０、８０：回折素子
２０ａ：凸部
２０ｂ：凹部
２１、３１、３２、６２、８１：信号光
２２、６３、８２：迷光
２３、８３：透明基板
３０：光学系
８４：光反射膜
１０１、１０２、１０３：光ディスクの層
１０４、１０５、１０６：光ディスクから反射される光
【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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