JP3638190B2 - 光ヘッド装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ヘッド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルなどその応用が拡大しつつある。この光メモリ技術では、情報は微小に絞られた光ビームを介して光ディスクへ高い精度と信頼性をもって記録再生される。この記録再生動作は、ひとえにその光学系に依存している。
【０００３】
その光学系の主要部である光ヘッド装置の基本的な機能は、回折限界の微小スポットを形成する収束、前記光学系の焦点制御とトラッキング制御及びピット信号の検出、に大別される。これらの機能は、その目的と用途に応じて各種の光学系と光電変換検出方式の組み合わせによって実現されている。
【０００４】
一方、近年、ＤＶＤと称する高密度・大容量の光ディスクが実用化され、動画のような大量の情報を扱える情報媒体として脚光を浴びている。このＤＶＤ光ディスクは従来の光ディスクであるコンパクトディスク（以下ＣＤと略記する）と比較して記録密度を大きくするために、情報記録面でのピットサイズを小さくしている。従ってＤＶＤ光ディスクを記録再生する光ヘッド装置に於いては、スポット径を決定する光源の波長や、収束レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：以下ＮＡと略記する）がＣＤの場合と異なっている。因みに、ＣＤでは、光源の波長は略０．７８μｍ、ＮＡは略０．４５であるのに対し、ＤＶＤ光ディスクでは光源の波長は略０．６３〜０．６５μｍ、ＮＡは略０．６である。従って、ＣＤとＤＶＤ光ディスクの２種類の光ディスクを一つの光ディスクドライブで記録再生しようとすると、２つの光学系を有する光ヘッド装置が必要になる。一方、光ヘッド装置の小型化、薄型化、低コスト化の要求からは、ＣＤとＤＶＤの光学系はできる限り共用化する方向にあり、たとえば、光源はＤＶＤ用の光源を用いて、収束用レンズだけを、ＤＶＤ光ディスク用とＣＤ用の２種類の収束用レンズを用いたり、収束用レンズも共用化してＮＡだけをＤＶＤ光ディスクの時は大きく、ＣＤの時には小さくするように機械的または、光学的に変えるなどの方式がとられている。
【０００５】
以下、上述した光ヘッド装置の内、光学的に収束用レンズのＮＡを変える方式について図面を参照しながら説明する。なお、各図の左下部に表示したｘｙｚ座標において、同一座標軸が図面上で同一方向を示す。
【０００６】
図８は従来の光ヘッド装置の光学系の構成を示すものである。図８において１は半導体レーザであって、波長は略０．６５μｍである。半導体レーザ１は図８の左下に図示したｘｙｚ座標のｘ軸方向に偏光した光ビームを出射するように配置されている。２は光ビームであって、半導体レーザ１から出射する。３はコリメータレンズであって、光ビーム２を平行光に変換する。４は偏光異方性ホログラムであって、図８のｘｚ面内に偏光面を有する偏光を透過し、ｙｚ面内に偏光面を有する偏光を回折するように配置されている。偏光異方性ホログラム４のホログラムパターンは中央部と外周部で回折方向が異なり、且つ、中央部からの回折光が焦点位置の異なる複数の光ビームに変換されるように形成されている。５は４分の１波長板であって、直線偏光を円偏光に変換する。６は対物レンズであり、対物レンズ６のＮＡは０．６である。７は光ディスクである。９は第１の回折光であり、偏光異方性ホログラム４の中央部によって回折された光である。８は第２の回折光であり、偏光異方性ホログラム４によって回折されたもう一つの光である。第１の回折光９と、第２の回折光８とでは、第１の回折光９のほうが、コリメーターレンズ３側に収束位置を有する。１０は光検出器であり、複数の光検出領域からなっている。
【０００７】
以上のように構成された光ヘッド装置について、以下その動作について説明する。図８において先ず、半導体レーザ１から出射した光ビーム２は同図左下部に図示したｘｙｚ座標のｘｚ面内に偏光面を有する直線偏光光である。光ビーム２はコリメータレンズ３により平行光に変換された後、偏光異方性ホログラム４に入射する。偏光異方性ホログラム４はｘｚ面内に偏光面を有する偏光光を透過し、ｙｚ面内に偏光面を有する偏光光を回折するので、光ビーム２はそのまま偏光異方性ホログラム４を透過して、次に４分の１波長板５によって円偏光に変換される。この円偏光は対物レンズ６によって収束され、光ディスク７の情報記録面に微小なスポットを形成する。しかし、ＣＤとＤＶＤ光ディスクとでは、基板表面から情報記録面までの厚みが異なるため、光ディスク７がＤＶＤ光ディスクの時には、殆ど収差のない微小スポットが形成できるが、光ディスク７がＣＤの時には収差が発生するため、ＣＤの再生に十分なスポットが得られない。ＣＤの再生には対物レンズ６を通過する光の内、ＮＡにして、約０．３８以内の光だけを用いると収差が少なくなり、良好なスポットが得られることが知られている。光ディスク７の情報記録面で反射された光は対物レンズ６と４分の１波長板５を通過してｙｚ面内に偏光面を有する直線偏光光となり、偏光異方性ホログラム４によって回折される。偏光異方性ホログラムは、反射してきた光ビームの内、対物レンズ６のＮＡにして約０．３８以内の光が通過する中央部の領域と外周部の領域とでは回折方向が異なり、中央部の領域の光は回折光９、８となってコリメータレンズ３によって収束される。このとき、回折光９と回折光８とでは収束位置が異なり、回折光９の方が回折光８よりもコリメータレンズ３に近い位置に収束する。回折光９、８は光検出器１０に入射して検出される。この光検出器１０の出力を演算することによってフォーカスエラー信号が得られる。また、情報信号は、ＤＶＤ光ディスクの場合には偏光異方性ホログラム４の中央部の領域と外周部の領域から回折するすべての回折光から得られ、ＣＤの場合には偏光異方性ホログラム４の中央部から回折する回折光９、８から得られる。このようにＣＤの場合には、情報記録面から反射してきた光の内、対物レンズ６のＮＡにして約０．３８以内の収差の少ない光線を情報信号の検出に用いることにより、良好に信号検出が可能となる。
【０００８】
フォーカスエラー信号の検出方法はたとえば、特開平２−１８５７２２号公報に開示されている公知のＳＳＤ（スポットサイズ検出）法であり、図９と図１０を用いて詳述する。
【０００９】
図９はフォーカスエラー信号の検出方法を説明するための図であって、同図において図８と同一物については同一番号を付して説明を省略する。図９（ａ）では、光ディスク７の情報記録面の位置は対物レンズ６の焦点位置よりも対物レンズ６から遠ざかる向きにあり、回折光９と回折光８の焦点位置はコリメータレンズ３に近づく。同図（ｂ）では光ディスク７の情報記録面の位置は対物レンズ６の焦点位置に一致している。回折光９と回折光８の焦点位置は光検出器１０の表面に対して対称位置になり、結果、光検出器１０上での回折光９、８のビームサイズは同じになる。同図（ｃ）では光ディスク７の情報記録面の位置は対物レンズ６の焦点位置よりも対物レンズ６に近づく向きにあり、回折光９と回折光８の焦点位置はコリメータレンズ３から遠ざかる。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）それぞれの状態の時の光検出器１０上での回折光のスポットを図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図１０において１０は光検出器であり、８ａ〜８ｄ及び、９ａ〜９ｄは図９における回折光９と回折光８の分割された光である。この分割はホログラム素子４を領域分割することによって行われている。１１〜１４は光検出器１０の一部の検出領域であり、検出領域１１と検出領域１４の出力の和をＦＥ１で示し、検出領域１２と検出領域１３の出力の和をＦＥ２で示す。図１０（ａ）は図９（ａ）に対応する図であって図１０（ａ）においては、回折光スポット８ａ〜８ｄの寸法は回折光スポット９ａ〜９ｄの寸法よりも小さくなる。図１０（ｂ）は図９（ｂ）に対応する図であって、図１０（ｂ）においては、回折光スポット８ａ〜８ｄの寸法は回折光スポット９ａ〜９ｄの寸法と等しくなる。図１０（ｃ）は図９（ｃ）に対応する図であって、図１０（ｃ）においては回折光スポット８ａ〜８ｄの寸法は回折光スポット９ａ〜９ｄの寸法よりも大きくなる。説明を容易にするために分割された回折光スポット８ａ〜８ｄ及び９ａ〜９ｄの各４分の１円を仮想的に合成して図１１に示す。図１１（ａ）は図１０（ａ）に対応する図であって１５、１６は回折光スポットであり、それぞれ、図１０に示した回折光スポット８ａ〜８ｄ、９ａ〜９ｄを合成したものである。１７〜２２は検出領域であり、検出領域１７は図１０に示した検出領域１１に、検出領域１８は検出領域１２と１３に、検出領域１９は検出領域１４に、検出領域２０は検出領域１３に、検出領域２１は検出領域１１と１４に、検出領域２２は検出領域１２にそれぞれ対応している。フォーカスエラー信号は検出領域の出力ＦＥ１とＦＥ２の差（ＦＥ１−ＦＥ２）によって得られ、図１１（ａ）の時には負になり、図１１（ｂ）の時には０になり、図１１（ｃ）の時には正になる。従ってフォーカスエラー信号が０になるように対物レンズ６を動かすことによって対物レンズ６の焦点位置と光ディスク７の情報記録面の位置を一致させることが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来の構成では、ＣＤの光ディスクを記録再生する場合にフォーカスエラー信号が０の位置と情報信号のジッター（時間軸変動の値）が最小になる位置とは必ずしも一致しないという課題があった。以下図面を参照しながらこの課題について説明する。図１２は対物レンズの収束状態の模式図である。図１２（ａ）はＤＶＤ光ディスクに収束するときの様子を示しており、２３はＤＶＤ光ディスク基板であり、２４は情報記録面である。ＤＶＤ光ディスクでは基板表面から情報記録面までの距離は０．６ｍｍである。２５は収束光の光線群である。図１２（ｂ）はＣＤの光ディスクに収束するときの様子を示しており、２６はＣＤ光ディスク基板、２７は情報記録面である。ＣＤ光ディスクでは基板表面から情報記録面までの距離は１．２ｍｍである。２８は収束光の光線群である。図１２（ａ）に示すようにＤＶＤ光ディスクの場合には収束光の光線群２５はＤＶＤ光ディスク基板２３に入射して情報記録面２４に収差なく収束する。しかしながら、同じ対物レンズでＣＤ光ディスクに収束するときには基板表面から情報記録面までの距離がＤＶＤ光ディスクと異なるために球面収差が発生し、図１２（ｂ）に示すように光軸から離れた光線ほど、対物レンズから離れた位置に収束するようになり、収束光の光線群２８は１点に絞れなくなる。本発明者らは光学解析の結果、情報信号のジッターが最小になるのは、ほぼ平均焦点距離の位置に情報記録面がある時、即ち、情報記録面上での収束光スポットの波面収差がほぼ最小の時であることを見いだしたが、上述したＳＳＤ方式による従来のフォーカスエラー信号の検出に利用する、光検出器１０の検出領域１８、２１の大きさは、その幅が同一の寸法であり、しかも、図１１に示したように回折光スポット１５、１６が取り得る最小径よりも大きく設定されている。従って、その様な場合には、フォーカスエラー信号が０になるのは、対物レンズ６により収束された光のスポットサイズ（図９（ｂ）参照）が情報記録面上で最小になるときであり、それは平均焦点距離の位置とは異なる。
【００１１】
即ち、従来の光ヘッド装置では、ＤＶＤ光ディスクを使用する時には対物レンズにより収束された光は一点に絞られるので光検出器１０の検出領域の大きさによらず、情報信号のジッター最小位置を検出することが可能であるが、ＣＤ光ディスクを使用する時には球面収差のために、光検出器１０の検出領域の大きさによって、ＳＳＤ方式によるフォーカスエラー信号が０の位置と情報信号のジッター最小位置が異なり、情報信号の時間軸変動を小さくすることが出来ないと言う課題を有していた。
【００１２】
本発明は、従来の光ヘッド装置のこの様な課題を考慮し、情報媒体の種類に関わらず情報信号の時間軸変動を従来に比べてより小さく出来る光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、光ビームを収束させる第１の収束光学系と、
前記第１の収束光学系の焦点近傍に設けられる情報媒体により反射される光ビームを回折する回折素子と、
前記回折素子により回折された回折光を収束させる第２の収束光学系と、
前記第２の収束光学系により収束された回折光を検出する、複数の光検出領域を有する光検出器とを備え、
前記回折素子は、回折光の収束位置がそれぞれ異なる第１の領域と第２の領域に分割されており、
前記複数の光検出領域は、前記第１の領域から発生した第１の回折光を検出する第１の光検出グループと、前記第２の領域から発生した第２の回折光を検出する第２の光検出グループとに分割されており、
前記第１の光検出グループと、前記第２の光検出グループはそれぞれ第１の光検出領域と第２の光検出領域を有し、
前記第１の回折光の光量分布と前記第２の回折光の光量分布とが異なる場合において、（１）前記第１の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域と、前記第２の光検出グループに含まれた前記第２の光検出領域が検出した光量の和と、（２）前記第１の光検出グループに含まれた前記第２の光検出領域と、前記第２の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域が検出した光量の和とが、等しくなるように、前記光検出器の光検出領域の面積を規定したことを特徴とする光ヘッド装置である。
【００１４】
また、第２の本発明は、前記第１の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域は、前記第１の回折光の主光線を含む光を検出し、前記第２の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域は、前記第２の回折光の主光線を含む光を検出することを特徴とする上記第１の本発明の光ヘッド装置である。
【００１５】
また、第３の本発明は、前記第１の収束光学系は、前記第２の収束光学系を兼ねていることを特徴とする上記第１又は第２の本発明の光ヘッド装置である。
【００１６】
また、第４の本発明は、前記回折素子は、偏光異方性を有するホログラム素子であることを特徴とする上記第１から３の何れか一つの本発明の光ヘッド装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態の光ヘッド装置の光学系の構成を示す図である。同図に示す構成は、従来例で示した光ヘッド装置の構成と以下に述べる点を除いては同じであり、図８と同一のものについては同一番号を付して説明を省略する。ここで、図８と異なるのは、光検出器２９と偏光異方性ホログラム１００であって、光検出器２９は、図８の光検出器１０とは光検出領域のパターン寸法が異なっている。又、偏光異方性ホログラム１００のホログラムパターンも図８の偏光異方性ホログラム４のホログラムパターンと異なっている。
【００１８】
半導体レーザ１の波長は０．６５μｍであり、半導体レーザ１から出射した光ビーム２は同図左下部に図示したｘｙｚ座標のｘｚ面内に偏光面を有する直線偏光光である。光ビーム２はコリメータレンズ３により平行光に変換された後、偏光異方性ホログラム１００に入射する。偏光異方性ホログラムはたとえば、ニオブ酸リチウムを基板として、一部のリチウムをプロトンと交換して作製される。偏光異方性ホログラム１００はｘｚ面内に偏光面を有する偏光光を透過し、ｙｚ面内に偏光面を有する偏光光を回折するように配置されており、光ビーム２はそのまま偏光異方性ホログラム１００を透過して、次に４分の１波長板５によって円偏光に変換される。この円偏光は対物レンズ６によって収束され、光ディスク７の情報記録面に微小なスポットを形成する。対物レンズ６のＮＡは０．６とした。光ディスク７がＣＤの場合、発明が解決しようとする課題の項で述べたごとく、収差が発生する。光ディスク７の情報記録面で反射された円偏光は対物レンズ６と４分の１波長板５を通過してｙｚ面内に偏光面を有する直線偏光光となり、偏光異方性ホログラム１００によって回折される。偏光異方性ホログラム１００は、反射してきた光ビームの内、対物レンズ６のＮＡにして約０．３８以内の光が通過する中央部の領域と外周部の領域とでは回折方向が異なるように作製されており、中央部の領域の光は回折光９、８となってコリメータレンズ３によって収束される。このとき、回折光９と回折光８とでは収束位置が異なり、回折光９の方が回折光８よりもコリメータレンズ３に近い位置に収束する。回折光９、８は光検出器２９に入射して検出される。この光検出器２９の出力を演算することによってフォーカスエラー信号が得られる。また、情報信号は、ＤＶＤ光ディスクの場合には偏光異方性ホログラム１００の中央部の領域と外周部の領域から回折するすべての回折光から得られ、ＣＤの場合には偏光異方性ホログラム１００の中央部から回折する回折光９、８から得られる。このようにＣＤの場合には、情報記録面から反射してきた光の内、対物レンズ６のＮＡにして約０．３８以内の収差の少ない光線を情報信号の検出に用いることにより、良好に信号検出が可能となる。図２に光検出器２９の光検出領域のパターンの一例と、光ディスク７がＣＤの時の回折光スポットを示す。図２は対物レンズ６と光ディスク７との距離が対物レンズ６の平均焦点距離よりも大きい場合で、３０、３１は回折光スポットであり、それぞれ、図１に示した回折光９、８が収束したスポットである。３２〜３７は検出領域であり、フォーカスエラー信号は検出領域３２、３４、３６の出力ＦＥ１と、検出領域３３、３５、３７の出力ＦＥ２の差（ＦＥ１−ＦＥ２）によって得られる。図１における光ディスク７がＣＤの場合は、対物レンズ６による収束光は球面収差を持つので、光軸に近い光の収束位置と光軸から遠い光の収束位置とは異なる。球面収差の量は一般に近軸光（光軸に近い光）の結像点（近軸像点）の位置からの他の光線の結像点のずれ量（縦収差）として示される。この縦収差の発生量は、対物レンズ６を通過する光線の光軸からの高さが大きくなるほど、大きくなる。レンズ面の曲率半径が大きくなるためである。従って、発明が解決しようとする課題の欄で述べた平均焦点位置は、近軸像点の位置と、光軸から一番離れた光線の結像する位置との中央ではなく、近軸像点よりになる。
【００１９】
次に、図３に光検出器２９における第１の回折光９と第２の回折光８のスポットの詳細図を示す。図３は、光ディスク７の情報記録面が対物レンズ６の平均焦点位置にある場合であって、３０ａ〜３０ｃ及び、３１ａ〜３１ｃはそれぞれ特定の光線が形成するスポットである。スポット３０ｂとスポット３１ｂは、対物レンズ６で収束される光束のうち、情報記録面上で一点に収束される光線が反射・回折されて光検出器２９上に形成するスポットで、同じ大きさである。スポット３０ａとスポット３１ａは上記の情報記録面上で一点に収束される光線よりも光軸に近い光線が反射・回折されて光検出器２９上に形成するスポットであり、スポット３０ａはスポット３０ｂよりも大きくなり、スポット３１ａはスポット３１ｂよりも小さくなる。上述したように平均焦点位置は近軸像点よりにあるために、スポット３０ａ、３１ａの大きさはスポット３０ｂ、３１ｂの大きさとあまり変わらない。スポット３０ｃとスポット３１ｃは上記の情報記録面上で一点に収束される光線よりも光軸から遠い光線が反射・回折されて光検出器２９上に形成するスポットであり、この光線は近軸像点に比べて平均焦点位置から遠い位置に収束するのでスポット３０ｃとスポット３１ｃとも、スポット３０ｂ、３１ｂよりも大きなスポットを形成し、且つ、スポット３１ｃはスポット３０ｃよりも大きくなる。従って、スポット３０ａ〜３０ｃの光強度分布（光量分布）に比して、スポット３１ａ〜３１ｃの光強度分布は中心部の強度が高くなっている。この結果、光検出領域３３の出力は光検出領域３６の出力よりも小さくなる。他方、光検出領域３２、３４の出力は、光検出領域３５、３７の出力よりも小さいので、光検出領域３３と３６の最小寸法（図３のｘ軸方向の長さ）を、最小スポットの直径よりも小さい範囲で、適当に選ぶとＦＥ１−ＦＥ２を０にすることが出来る。
【００２０】
本願の発明者による実験では、光検出器２９の面上で回折光９、８の最小スポット径が略４０μｍの時、検出領域３３、３６の最小寸法を２０μｍにすると、フォーカスエラー信号が０の時に情報信号のジッターを最小にすることができた。
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態の光ヘッド装置について説明する。図４は第２の実施の形態の光ヘッド装置の構成を示す図であって、同図において図１と同一物については同一番号を付して説明を省略する。第１の実施の形態の光ヘッド装置と異なるのは３８の偏光異方性ホログラムと３９の光検出器であり、以下、偏光異方性ホログラム３８と光検出器３９について詳述する。図５は偏光異方性ホログラム３８のホログラムパターンを示す図である。図５において、４０はホログラムパターンである。ホログラムパターン４０は第１の実施の形態で述べたものと同様にニオブ酸リチウム基板をプロトン交換して作製した。ホログラムパターン４０は図に示すように領域Ａ１〜Ａ３、領域Ｂ１〜Ｂ３、領域Ｃ１〜Ｃ３、領域Ｄ１〜Ｄ３に分割されている。領域Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３に対物レンズ６のＮＡにして０．３８〜０．６の領域の光線が通過し、領域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２に対物レンズ６のＮＡにして０．３８以内の光線が通過するようにホログラムパターンの大きさと配置を決めた。領域Ａ１と領域Ａ２とからは＋１次回折光として、それぞれ光検出器３９の前側と後ろ側に焦点を持つ２つの回折光が回折するように設計されている。尚、光検出器３９の前側とは、光検出器３９の位置を基準として、光ディスク７がセットされている側を言い、光検出器３９の後ろ側とは、その反対側を言う。領域Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２についても同様である。これらＡ１，Ａ２〜Ｄ１，Ｄ２の領域が、ホログラムパターン上において、Ａ〜Ｄの４つのグループに分割され、各グループが１／４円の形状となっていることにより、次の様な偏光異方性が実現出来る。即ち、この４分割されたホログラムパターンを通った回折光は、光検出器３９上において、その回折光による像が１／４円に分割された状態で形成される（図６(a）参照）。
【００２１】
また、領域Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３からは＋１次回折光として、それぞれ光検出器３９の面上に焦点を有する４つの回折光が回折するように設計されている。図４において光ディスク７から反射する光ビームは４分の１波長板５を通過することにより、ＹＺ面内に偏光面を有する直線偏光となって偏光異方性ホログラム３８に入射する。偏光異方性ホログラム３８からは、上述したように複数の回折光が発生し、これら回折光はコリメータレンズ３によって収束される。図４においては、簡略のため、偏光異方性ホログラム３８の領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１から発生する、光検出器３９の前側に焦点を有する回折光をまとめて回折光４１と表記し、領域Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２から発生する、光検出器３９の後ろ側に焦点を有する回折光をまとめて回折光４２と表記した。図６に光検出器３９の光検出領域と回折光スポットを示す。同図において、４３〜４６は光検出領域であり、４１ａ〜４１ｄは、それぞれ、偏光異方性ホログラム３８の領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１から発生する回折光が形成する回折光スポットであり、４２ａ〜４２ｄは、それぞれ、偏光異方性ホログラム３８の領域Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２から発生する回折光のスポットである。光検出領域４３と光検出領域４６の出力の和をＦＥ１で示し、光検出領域４４と光検出領域４５の出力の和をＦＥ２で示す。図４の回折光４１，４２は、それぞれ図６で示した、分割された回折光スポット４１ａ〜４１ｄ，４２ａ〜４２ｄに対応する。図６（ａ）は、光ディスク７の情報記録面の位置が対物レンズ６の焦点位置よりも対物レンズ６から遠ざかる向きにある場合を示しており、同図（ｂ）は光ディスク７の情報記録面の位置が対物レンズ６の平均焦点位置とほぼ一致している場合を示している。同図（ｃ）では光ディスク７の情報記録面の位置は対物レンズ６の焦点位置よりも対物レンズ６に近づく向きにある場合を示している。図６において回折光スポット４１ａ〜４１ｄ及び４２ａ〜４２ｄがそれぞれ形成する４分の１円の中心、即ち、各回折光の主光線が光検出器３９に入射する位置を光検出領域４３、４４の境界線、及び光検出領域４５、４６の境界線から１０μｍだけ離すように偏光異方性ホログラムを設計した。説明を容易にするために分割された回折光スポット４１ａ〜４１ｄ及び４２ａ〜４２ｄの各４分の１円を仮想的に合成して図７に示す。図７は図６（ａ）に対応する図であって４７、４８は回折光スポットであり、それぞれ、図６（ａ）に示した回折光スポット４２ａ〜４２ｄ、４１ａ〜４１ｄを合成したものである。図７において、４９〜５４は検出領域であり、検出領域４９は図６に示した検出領域４３に、検出領域５０は検出領域４４と４５に、検出領域５１は検出領域４６に、検出領域５２は検出領域４５に、検出領域５３は検出領域４３と４６に、検出領域５４は検出領域４４にそれぞれ対応している。フォーカスエラー信号は検出領域４９、５１、５３の出力ＦＥ１と、検出領域５０、５２、５４の出力ＦＥ２の差（ＦＥ１−ＦＥ２）によって得られる。言うまでもなく、図７に示した各検出領域の出力を用いて上述の様に算出したＦＥ１−ＦＥ２の値と、図６に示した各検出領域の出力を用いて図６に示すＦＥ１とＦＥ２より算出したＦＥ１−ＦＥ２の値は、等価である。
【００２２】
光ディスク７としてＣＤを用いた場合、第１の発明の実施の形態と同様に光検出器３８の面上での回折光スポットを仮想的に合成した円の直径は約４０μｍであった。図７において、仮想的な光検出領域５０の最小寸法は２０μｍとなるので、第１の発明の実施の形態において説明したように、フォーカスエラー信号が０の時に情報信号のジッターを最小にすることができた。
【００２３】
なお、以上の説明ではホログラム素子として偏光異方性ホログラムを用いた例を説明したが、偏光異方性を有しないホログラム素子を用いても、同様に実施可能である。また、光ディスクについてもっぱら説明したが、光磁気ディスクについても同様に実施可能である。
【００２４】
以上述べた様に、本発明は、光ディスクあるいは光カードなど、光媒体もしくは光磁気媒体上に情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置に関するものであって、特に、基板表面から情報記録面までの寸法が異なる各種の光媒体もしくは光磁気媒体上に、情報の記録・再生あるいは消去を行うことができる光ヘッド装置に関するものであり、次のような効果を発揮する。
【００２５】
即ち、本発明の第１の発明によれば、光検出領域の最小寸法を回折光スポットの最小径よりも小さくすることによって、基板表面から情報記録面までの距離が異なる情報媒体に対して、情報信号のジッターを最小にするように記録再生スポットの焦点位置制御を行えるという顕著な効果が得られる。
【００２６】
また、本発明の第２の発明によれば、分割された回折光スポットの主光線の位置を光検出領域の境界に近づけることにより、光検出領域の大きさを小さくすることなく第１の発明と同等の効果が得られるので、情報信号の利得の周波数特性を劣化させないために光検出領域を余り小さくできない場合に顕著な効果が得られる。
【００２７】
尚、本発明の第１の光検出グループと第２の光検出グループは、上記実施の形態１では、検出領域３２〜３４と、検出領域３５〜３７にそれぞれ対応したが、これに限らず、これとは異なる数の検出領域を有していても良い。
【００２８】
又、本発明の第１の光検出領域と第２の光検出領域は、上記実施の形態１では、検出領域３３と検出領域３６にそれぞれ対応し、又、それぞれの最小寸法は、長方形状の各検出領域３３、３６の、それぞれの短い方の幅寸法に対応する。
【００２９】
又、本発明の回折素子の第１の領域と第２の領域は、上記実施の形態２では、例えば、領域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１のグループと、領域Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２のグループにそれぞれ対応する。
【００３０】
又、本発明の回折素子と回折光を分割する手段は、上記実施の形態２では、偏光異方性ホログラム３８において一体的に構成されている場合について説明したがに限らず、例えば、それぞれ別体として構成しても良い。
【００３１】
又、本発明の第１の回折光の分割回折光と第２の回折光の分割回折光は、上記実施の形態２の、例えば、４分の１円の回折光スポット４１ａと４分の１円の回折光スポット４２ａに対応するものであるが、これに限らず例えば、更に細かく分割されていても良く、それら回折光の分割の数は問わない。
【００３２】
又、本発明の第１及び第２の光検出グループの境界位置は、上記実施の形態２の検出領域４３と４４との境界と、検出領域４５と４６との境界とに対応するものである。
【００３３】
又、上記実施の形態では、光量分布を利用してフォーカス制御をする場合について説明したが、これに限らず例えば、次のような構成としてもかまわない。即ち、この場合の光ヘッド装置は、光ビームを放射する放射光源と、前記光ビームを収束させる第１の収束光学系と、前記第１の収束光学系の焦点近傍に設けられる情報媒体により反射される光ビームを回折する回折素子と、前記回折された回折光を収束させる第２の収束光学系と、前記収束された回折光を検出する、複数の光検出領域を有する光検出器とを備え、前記回折素子は、各領域から発生する回折光の各収束位置が異なる少なくとも第１の領域と第２の領域に分割されており、前記複数の光検出領域は、前記第１の領域から発生した第１の回折光を検出する第１の光検出グループと、前記第２の領域から発生した第２の回折光を検出する第２の光検出グループとに分割されており、前記第１の光検出グループに含まれた、前記第１の回折光の主光線を含む第１の光検出領域の最小寸法が、前記第２の光検出グループに含まれた、前記第２の回折光の主光線を含む第２の光検出領域の最小寸法よりも小さいものである。つまり、図２において、領域３３の短い方の寸法の方が、領域３６の対応する寸法に比べて、より小さく構成するものである。この場合も、上記と同様の効果をえることが出来る。但し、この場合、ＤＶＤを使用する際に上記と同様の効果を発揮出来る様にする為に、領域３３の出力と領域３６の出力等にそれぞれ異なる重み付けを行う様に重み付けの切換制御を行う必要がある。
又、光量分布を利用しない、別の例として、例えば、次のような構成としてもかまわない。即ち、この場合の光ヘッド装置は、光ビームを放射する放射光源と、前記光ビームを収束させる第１の収束光学系と、前記第１の収束光学系の焦点近傍に設けられる情報媒体により反射される光ビームを回折する回折素子と、前記回折された回折光を分割する手段と、前記分割された回折光を収束する第２の収束光学系と、前記収束された回折光を検出する、複数の光検出領域を有する光検出器とを備え、前記回折素子は、各領域から発生する回折光の各収束位置が異なる少なくとも第１の領域と第２の領域に分割されており、前記複数の光検出領域は、前記第１及び第２の領域から発生した第１及び第２の回折光の前記分割された複数の分割回折光の内、一部の分割回折光を検出する第１の光検出グループと、残りの分割回折光を検出する第２の光検出グループとに分けられており、前記第１の光検出グループにおける前記第１の回折光の前記分割回折光の主光線の位置と、前記第１の光検出グループの内の光検出領域同士の境界位置との間隔が、前記第２の回折光の前記分割回折光の主光線の位置と、前記境界位置との間隔よりも小さく、且つ、前記第２の光検出グループにおける前記主光線と前記境界が、前記位置関係と同じ関係にあるものである。つまり、図６において、例えば、４分の１円のスポット４２ａの主光線と領域４３と４４との境界との距離の方が、４分の１円のスポット４１ａの主光線と領域４３と４４との境界との距離よりも小さいと言う構成である。この場合も、上記と同様の効果をえることが出来る。但し、この場合、ＤＶＤを使用する際に上記と同様の効果を発揮出来る様にする為に、領域３３の出力と領域３６の出力等にそれぞれ異なる重み付けを行う様に重み付けの切換制御を行う必要がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、情報媒体の種類に関わらず情報信号の時間軸変動を従来に比べてより小さく出来ると言う長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光ヘッド装置の光学系の構成を示す図
【図２】同実施の形態の光検出器の光検出領域のパターンの一例と回折光スポットを示す図
【図３】同実施の形態の光検出器上の回折光スポットの詳細図
【図４】本発明の第２の実施の形態の光ヘッド装置の構成を示す図
【図５】同実施の形態の偏光異方性ホログラムのホログラムパターンを示す図
【図６】（ａ）〜（ｃ）：それぞれ同実施の形態の光検出器の光検出領域と回折光スポットを示す図
【図７】同実施の形態の回折光スポットを仮想的に合成して示す図
【図８】従来の光ヘッド装置の光学系の構成を示す図
【図９】（ａ）〜（ｃ）：それぞれフォーカスエラー信号の検出方法を説明するための図
【図１０】（ａ）〜（ｃ）：それぞれ光検出器の光検出領域と回折光スポットを示す図
【図１１】（ａ）〜（ｃ）：それぞれ回折光スポットを仮想的に合成して示す図
【図１２】（ａ）〜（ｂ）：それぞれ対物レンズの収束状態の模式図
【符号の説明】
１ 半導体レーザ
２ 光ビーム
３ コリメーターレンズ
５ ４分の１波長板
６ 対物レンズ
７ 光ディスク
３９ 光検出器
４０ 回折光
４２ 回折光
１００ 偏光異方性ホログラム
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ヘッド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルなどその応用が拡大しつつある。この光メモリ技術では、情報は微小に絞られた光ビームを介して光ディスクへ高い精度と信頼性をもって記録再生される。この記録再生動作は、ひとえにその光学系に依存している。
【０００３】
その光学系の主要部である光ヘッド装置の基本的な機能は、回折限界の微小スポットを形成する収束、前記光学系の焦点制御とトラッキング制御及びピット信号の検出、に大別される。これらの機能は、その目的と用途に応じて各種の光学系と光電変換検出方式の組み合わせによって実現されている。
【０００４】
一方、近年、ＤＶＤと称する高密度・大容量の光ディスクが実用化され、動画のような大量の情報を扱える情報媒体として脚光を浴びている。このＤＶＤ光ディスクは従来の光ディスクであるコンパクトディスク（以下ＣＤと略記する）と比較して記録密度を大きくするために、情報記録面でのピットサイズを小さくしている。従ってＤＶＤ光ディスクを記録再生する光ヘッド装置に於いては、スポット径を決定する光源の波長や、収束レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：以下ＮＡと略記する）がＣＤの場合と異なっている。因みに、ＣＤでは、光源の波長は略０．７８μｍ、ＮＡは略０．４５であるのに対し、ＤＶＤ光ディスクでは光源の波長は略０．６３〜０．６５μｍ、ＮＡは略０．６である。従って、ＣＤとＤＶＤ光ディスクの２種類の光ディスクを一つの光ディスクドライブで記録再生しようとすると、２つの光学系を有する光ヘッド装置が必要になる。一方、光ヘッド装置の小型化、薄型化、低コスト化の要求からは、ＣＤとＤＶＤの光学系はできる限り共用化する方向にあり、たとえば、光源はＤＶＤ用の光源を用いて、収束用レンズだけを、ＤＶＤ光ディスク用とＣＤ用の２種類の収束用レンズを用いたり、収束用レンズも共用化してＮＡだけをＤＶＤ光ディスクの時は大きく、ＣＤの時には小さくするように機械的または、光学的に変えるなどの方式がとられている。
【０００５】
以下、上述した光ヘッド装置の内、光学的に収束用レンズのＮＡを変える方式について図面を参照しながら説明する。なお、各図の左下部に表示したｘｙｚ座標において、同一座標軸が図面上で同一方向を示す。
【０００６】
図８は従来の光ヘッド装置の光学系の構成を示すものである。図８において１は半導体レーザであって、波長は略０．６５μｍである。半導体レーザ１は図８の左下に図示したｘｙｚ座標のｘ軸方向に偏光した光ビームを出射するように配置されている。２は光ビームであって、半導体レーザ１から出射する。３はコリメータレンズであって、光ビーム２を平行光に変換する。４は偏光異方性ホログラムであって、図８のｘｚ面内に偏光面を有する偏光を透過し、ｙｚ面内に偏光面を有する偏光を回折するように配置されている。偏光異方性ホログラム４のホログラムパターンは中央部と外周部で回折方向が異なり、且つ、中央部からの回折光が焦点位置の異なる複数の光ビームに変換されるように形成されている。５は４分の１波長板であって、直線偏光を円偏光に変換する。６は対物レンズであり、対物レンズ６のＮＡは０．６である。７は光ディスクである。９は第１の回折光であり、偏光異方性ホログラム４の中央部によって回折された光である。８は第２の回折光であり、偏光異方性ホログラム４によって回折されたもう一つの光である。第１の回折光９と、第２の回折光８とでは、第１の回折光９のほうが、コリメーターレンズ３側に収束位置を有する。１０は光検出器であり、複数の光検出領域からなっている。
【０００７】
以上のように構成された光ヘッド装置について、以下その動作について説明する。図８において先ず、半導体レーザ１から出射した光ビーム２は同図左下部に図示したｘｙｚ座標のｘｚ面内に偏光面を有する直線偏光光である。光ビーム２はコリメータレンズ３により平行光に変換された後、偏光異方性ホログラム４に入射する。偏光異方性ホログラム４はｘｚ面内に偏光面を有する偏光光を透過し、ｙｚ面内に偏光面を有する偏光光を回折するので、光ビーム２はそのまま偏光異方性ホログラム４を透過して、次に４分の１波長板５によって円偏光に変換される。この円偏光は対物レンズ６によって収束され、光ディスク７の情報記録面に微小なスポットを形成する。しかし、ＣＤとＤＶＤ光ディスクとでは、基板表面から情報記録面までの厚みが異なるため、光ディスク７がＤＶＤ光ディスクの時には、殆ど収差のない微小スポットが形成できるが、光ディスク７がＣＤの時には収差が発生するため、ＣＤの再生に十分なスポットが得られない。ＣＤの再生には対物レンズ６を通過する光の内、ＮＡにして、約０．３８以内の光だけを用いると収差が少なくなり、良好なスポットが得られることが知られている。光ディスク７の情報記録面で反射された光は対物レンズ６と４分の１波長板５を通過してｙｚ面内に偏光面を有する直線偏光光となり、偏光異方性ホログラム４によって回折される。偏光異方性ホログラムは、反射してきた光ビームの内、対物レンズ６のＮＡにして約０．３８以内の光が通過する中央部の領域と外周部の領域とでは回折方向が異なり、中央部の領域の光は回折光９、８となってコリメータレンズ３によって収束される。このとき、回折光９と回折光８とでは収束位置が異なり、回折光９の方が回折光８よりもコリメータレンズ３に近い位置に収束する。回折光９、８は光検出器１０に入射して検出される。この光検出器１０の出力を演算することによってフォーカスエラー信号が得られる。また、情報信号は、ＤＶＤ光ディスクの場合には偏光異方性ホログラム４の中央部の領域と外周部の領域から回折するすべての回折光から得られ、ＣＤの場合には偏光異方性ホログラム４の中央部から回折する回折光９、８から得られる。このようにＣＤの場合には、情報記録面から反射してきた光の内、対物レンズ６のＮＡにして約０．３８以内の収差の少ない光線を情報信号の検出に用いることにより、良好に信号検出が可能となる。
【０００８】
フォーカスエラー信号の検出方法はたとえば、特開平２−１８５７２２号公報に開示されている公知のＳＳＤ（スポットサイズ検出）法であり、図９と図１０を用いて詳述する。
【０００９】
図９はフォーカスエラー信号の検出方法を説明するための図であって、同図において図８と同一物については同一番号を付して説明を省略する。図９（ａ）では、光ディスク７の情報記録面の位置は対物レンズ６の焦点位置よりも対物レンズ６から遠ざかる向きにあり、回折光９と回折光８の焦点位置はコリメータレンズ３に近づく。同図（ｂ）では光ディスク７の情報記録面の位置は対物レンズ６の焦点位置に一致している。回折光９と回折光８の焦点位置は光検出器１０の表面に対して対称位置になり、結果、光検出器１０上での回折光９、８のビームサイズは同じになる。同図（ｃ）では光ディスク７の情報記録面の位置は対物レンズ６の焦点位置よりも対物レンズ６に近づく向きにあり、回折光９と回折光８の焦点位置はコリメータレンズ３から遠ざかる。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）それぞれの状態の時の光検出器１０上での回折光のスポットを図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図１０において１０は光検出器であり、８ａ〜８ｄ及び、９ａ〜９ｄは図９における回折光９と回折光８の分割された光である。この分割はホログラム素子４を領域分割することによって行われている。１１〜１４は光検出器１０の一部の検出領域であり、検出領域１１と検出領域１４の出力の和をＦＥ１で示し、検出領域１２と検出領域１３の出力の和をＦＥ２で示す。図１０（ａ）は図９（ａ）に対応する図であって図１０（ａ）においては、回折光スポット８ａ〜８ｄの寸法は回折光スポット９ａ〜９ｄの寸法よりも小さくなる。図１０（ｂ）は図９（ｂ）に対応する図であって、図１０（ｂ）においては、回折光スポット８ａ〜８ｄの寸法は回折光スポット９ａ〜９ｄの寸法と等しくなる。図１０（ｃ）は図９（ｃ）に対応する図であって、図１０（ｃ）においては回折光スポット８ａ〜８ｄの寸法は回折光スポット９ａ〜９ｄの寸法よりも大きくなる。説明を容易にするために分割された回折光スポット８ａ〜８ｄ及び９ａ〜９ｄの各４分の１円を仮想的に合成して図１１に示す。図１１（ａ）は図１０（ａ）に対応する図であって１５、１６は回折光スポットであり、それぞれ、図１０に示した回折光スポット８ａ〜８ｄ、９ａ〜９ｄを合成したものである。１７〜２２は検出領域であり、検出領域１７は図１０に示した検出領域１１に、検出領域１８は検出領域１２と１３に、検出領域１９は検出領域１４に、検出領域２０は検出領域１３に、検出領域２１は検出領域１１と１４に、検出領域２２は検出領域１２にそれぞれ対応している。フォーカスエラー信号は検出領域の出力ＦＥ１とＦＥ２の差（ＦＥ１−ＦＥ２）によって得られ、図１１（ａ）の時には負になり、図１１（ｂ）の時には０になり、図１１（ｃ）の時には正になる。従ってフォーカスエラー信号が０になるように対物レンズ６を動かすことによって対物レンズ６の焦点位置と光ディスク７の情報記録面の位置を一致させることが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来の構成では、ＣＤの光ディスクを記録再生する場合にフォーカスエラー信号が０の位置と情報信号のジッター（時間軸変動の値）が最小になる位置とは必ずしも一致しないという課題があった。以下図面を参照しながらこの課題について説明する。図１２は対物レンズの収束状態の模式図である。図１２（ａ）はＤＶＤ光ディスクに収束するときの様子を示しており、２３はＤＶＤ光ディスク基板であり、２４は情報記録面である。ＤＶＤ光ディスクでは基板表面から情報記録面までの距離は０．６ｍｍである。２５は収束光の光線群である。図１２（ｂ）はＣＤの光ディスクに収束するときの様子を示しており、２６はＣＤ光ディスク基板、２７は情報記録面である。ＣＤ光ディスクでは基板表面から情報記録面までの距離は１．２ｍｍである。２８は収束光の光線群である。図１２（ａ）に示すようにＤＶＤ光ディスクの場合には収束光の光線群２５はＤＶＤ光ディスク基板２３に入射して情報記録面２４に収差なく収束する。しかしながら、同じ対物レンズでＣＤ光ディスクに収束するときには基板表面から情報記録面までの距離がＤＶＤ光ディスクと異なるために球面収差が発生し、図１２（ｂ）に示すように光軸から離れた光線ほど、対物レンズから離れた位置に収束するようになり、収束光の光線群２８は１点に絞れなくなる。本発明者らは光学解析の結果、情報信号のジッターが最小になるのは、ほぼ平均焦点距離の位置に情報記録面がある時、即ち、情報記録面上での収束光スポットの波面収差がほぼ最小の時であることを見いだしたが、上述したＳＳＤ方式による従来のフォーカスエラー信号の検出に利用する、光検出器１０の検出領域１８、２１の大きさは、その幅が同一の寸法であり、しかも、図１１に示したように回折光スポット１５、１６が取り得る最小径よりも大きく設定されている。従って、その様な場合には、フォーカスエラー信号が０になるのは、対物レンズ６により収束された光のスポットサイズ（図９（ｂ）参照）が情報記録面上で最小になるときであり、それは平均焦点距離の位置とは異なる。
【００１１】
即ち、従来の光ヘッド装置では、ＤＶＤ光ディスクを使用する時には対物レンズにより収束された光は一点に絞られるので光検出器１０の検出領域の大きさによらず、情報信号のジッター最小位置を検出することが可能であるが、ＣＤ光ディスクを使用する時には球面収差のために、光検出器１０の検出領域の大きさによって、ＳＳＤ方式によるフォーカスエラー信号が０の位置と情報信号のジッター最小位置が異なり、情報信号の時間軸変動を小さくすることが出来ないと言う課題を有していた。
【００１２】
本発明は、従来の光ヘッド装置のこの様な課題を考慮し、情報媒体の種類に関わらず情報信号の時間軸変動を従来に比べてより小さく出来る光ヘッド装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、光ビームを収束させる第１の収束光学系と、
前記第１の収束光学系の焦点近傍に設けられる情報媒体により反射される光ビームを回折する回折素子と、
前記回折素子により回折された回折光を収束させる第２の収束光学系と、
前記第２の収束光学系により収束された回折光を検出する、複数の光検出領域を有する光検出器とを備え、
前記回折素子は、回折光の収束位置がそれぞれ異なる第１の領域と第２の領域に分割されており、
前記複数の光検出領域は、前記第１の領域から発生した第１の回折光を検出する第１の光検出グループと、前記第２の領域から発生した第２の回折光を検出する第２の光検出グループとに分割されており、
前記第１の光検出グループと、前記第２の光検出グループはそれぞれ第１の光検出領域と第２の光検出領域を有し、
前記第１の回折光の光量分布と前記第２の回折光の光量分布とが異なる場合において、（１）前記第１の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域と、前記第２の光検出グループに含まれた前記第２の光検出領域が検出した光量の和と、（２）前記第１の光検出グループに含まれた前記第２の光検出領域と、前記第２の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域が検出した光量の和とが、等しくなるように、前記光検出器の光検出領域の面積を規定したことを特徴とする光ヘッド装置である。
【００１４】
また、第２の本発明は、前記第１の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域は、前記第１の回折光の主光線を含む光を検出し、前記第２の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域は、前記第２の回折光の主光線を含む光を検出することを特徴とする上記第１の本発明の光ヘッド装置である。
【００１５】
また、第３の本発明は、前記第１の収束光学系は、前記第２の収束光学系を兼ねていることを特徴とする上記第１又は第２の本発明の光ヘッド装置である。
【００１６】
また、第４の本発明は、前記回折素子は、偏光異方性を有するホログラム素子であることを特徴とする上記第１から３の何れか一つの本発明の光ヘッド装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態の光ヘッド装置の光学系の構成を示す図である。同図に示す構成は、従来例で示した光ヘッド装置の構成と以下に述べる点を除いては同じであり、図８と同一のものについては同一番号を付して説明を省略する。ここで、図８と異なるのは、光検出器２９と偏光異方性ホログラム１００であって、光検出器２９は、図８の光検出器１０とは光検出領域のパターン寸法が異なっている。又、偏光異方性ホログラム１００のホログラムパターンも図８の偏光異方性ホログラム４のホログラムパターンと異なっている。
【００１８】
半導体レーザ１の波長は０．６５μｍであり、半導体レーザ１から出射した光ビーム２は同図左下部に図示したｘｙｚ座標のｘｚ面内に偏光面を有する直線偏光光である。光ビーム２はコリメータレンズ３により平行光に変換された後、偏光異方性ホログラム１００に入射する。偏光異方性ホログラムはたとえば、ニオブ酸リチウムを基板として、一部のリチウムをプロトンと交換して作製される。偏光異方性ホログラム１００はｘｚ面内に偏光面を有する偏光光を透過し、ｙｚ面内に偏光面を有する偏光光を回折するように配置されており、光ビーム２はそのまま偏光異方性ホログラム１００を透過して、次に４分の１波長板５によって円偏光に変換される。この円偏光は対物レンズ６によって収束され、光ディスク７の情報記録面に微小なスポットを形成する。対物レンズ６のＮＡは０．６とした。光ディスク７がＣＤの場合、発明が解決しようとする課題の項で述べたごとく、収差が発生する。光ディスク７の情報記録面で反射された円偏光は対物レンズ６と４分の１波長板５を通過してｙｚ面内に偏光面を有する直線偏光光となり、偏光異方性ホログラム１００によって回折される。偏光異方性ホログラム１００は、反射してきた光ビームの内、対物レンズ６のＮＡにして約０．３８以内の光が通過する中央部の領域と外周部の領域とでは回折方向が異なるように作製されており、中央部の領域の光は回折光９、８となってコリメータレンズ３によって収束される。このとき、回折光９と回折光８とでは収束位置が異なり、回折光９の方が回折光８よりもコリメータレンズ３に近い位置に収束する。回折光９、８は光検出器２９に入射して検出される。この光検出器２９の出力を演算することによってフォーカスエラー信号が得られる。また、情報信号は、ＤＶＤ光ディスクの場合には偏光異方性ホログラム１００の中央部の領域と外周部の領域から回折するすべての回折光から得られ、ＣＤの場合には偏光異方性ホログラム１００の中央部から回折する回折光９、８から得られる。このようにＣＤの場合には、情報記録面から反射してきた光の内、対物レンズ６のＮＡにして約０．３８以内の収差の少ない光線を情報信号の検出に用いることにより、良好に信号検出が可能となる。図２に光検出器２９の光検出領域のパターンの一例と、光ディスク７がＣＤの時の回折光スポットを示す。図２は対物レンズ６と光ディスク７との距離が対物レンズ６の平均焦点距離よりも大きい場合で、３０、３１は回折光スポットであり、それぞれ、図１に示した回折光９、８が収束したスポットである。３２〜３７は検出領域であり、フォーカスエラー信号は検出領域３２、３４、３６の出力ＦＥ１と、検出領域３３、３５、３７の出力ＦＥ２の差（ＦＥ１−ＦＥ２）によって得られる。図１における光ディスク７がＣＤの場合は、対物レンズ６による収束光は球面収差を持つので、光軸に近い光の収束位置と光軸から遠い光の収束位置とは異なる。球面収差の量は一般に近軸光（光軸に近い光）の結像点（近軸像点）の位置からの他の光線の結像点のずれ量（縦収差）として示される。この縦収差の発生量は、対物レンズ６を通過する光線の光軸からの高さが大きくなるほど、大きくなる。レンズ面の曲率半径が大きくなるためである。従って、発明が解決しようとする課題の欄で述べた平均焦点位置は、近軸像点の位置と、光軸から一番離れた光線の結像する位置との中央ではなく、近軸像点よりになる。
【００１９】
次に、図３に光検出器２９における第１の回折光９と第２の回折光８のスポットの詳細図を示す。図３は、光ディスク７の情報記録面が対物レンズ６の平均焦点位置にある場合であって、３０ａ〜３０ｃ及び、３１ａ〜３１ｃはそれぞれ特定の光線が形成するスポットである。スポット３０ｂとスポット３１ｂは、対物レンズ６で収束される光束のうち、情報記録面上で一点に収束される光線が反射・回折されて光検出器２９上に形成するスポットで、同じ大きさである。スポット３０ａとスポット３１ａは上記の情報記録面上で一点に収束される光線よりも光軸に近い光線が反射・回折されて光検出器２９上に形成するスポットであり、スポット３０ａはスポット３０ｂよりも大きくなり、スポット３１ａはスポット３１ｂよりも小さくなる。上述したように平均焦点位置は近軸像点よりにあるために、スポット３０ａ、３１ａの大きさはスポット３０ｂ、３１ｂの大きさとあまり変わらない。スポット３０ｃとスポット３１ｃは上記の情報記録面上で一点に収束される光線よりも光軸から遠い光線が反射・回折されて光検出器２９上に形成するスポットであり、この光線は近軸像点に比べて平均焦点位置から遠い位置に収束するのでスポット３０ｃとスポット３１ｃとも、スポット３０ｂ、３１ｂよりも大きなスポットを形成し、且つ、スポット３１ｃはスポット３０ｃよりも大きくなる。従って、スポット３０ａ〜３０ｃの光強度分布（光量分布）に比して、スポット３１ａ〜３１ｃの光強度分布は中心部の強度が高くなっている。この結果、光検出領域３３の出力は光検出領域３６の出力よりも小さくなる。他方、光検出領域３２、３４の出力は、光検出領域３５、３７の出力よりも小さいので、光検出領域３３と３６の最小寸法（図３のｘ軸方向の長さ）を、最小スポットの直径よりも小さい範囲で、適当に選ぶとＦＥ１−ＦＥ２を０にすることが出来る。
【００２０】
本願の発明者による実験では、光検出器２９の面上で回折光９、８の最小スポット径が略４０μｍの時、検出領域３３、３６の最小寸法を２０μｍにすると、フォーカスエラー信号が０の時に情報信号のジッターを最小にすることができた。
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態の光ヘッド装置について説明する。図４は第２の実施の形態の光ヘッド装置の構成を示す図であって、同図において図１と同一物については同一番号を付して説明を省略する。第１の実施の形態の光ヘッド装置と異なるのは３８の偏光異方性ホログラムと３９の光検出器であり、以下、偏光異方性ホログラム３８と光検出器３９について詳述する。図５は偏光異方性ホログラム３８のホログラムパターンを示す図である。図５において、４０はホログラムパターンである。ホログラムパターン４０は第１の実施の形態で述べたものと同様にニオブ酸リチウム基板をプロトン交換して作製した。ホログラムパターン４０は図に示すように領域Ａ１〜Ａ３、領域Ｂ１〜Ｂ３、領域Ｃ１〜Ｃ３、領域Ｄ１〜Ｄ３に分割されている。領域Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３に対物レンズ６のＮＡにして０．３８〜０．６の領域の光線が通過し、領域Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２に対物レンズ６のＮＡにして０．３８以内の光線が通過するようにホログラムパターンの大きさと配置を決めた。領域Ａ１と領域Ａ２とからは＋１次回折光として、それぞれ光検出器３９の前側と後ろ側に焦点を持つ２つの回折光が回折するように設計されている。尚、光検出器３９の前側とは、光検出器３９の位置を基準として、光ディスク７がセットされている側を言い、光検出器３９の後ろ側とは、その反対側を言う。領域Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２についても同様である。これらＡ１，Ａ２〜Ｄ１，Ｄ２の領域が、ホログラムパターン上において、Ａ〜Ｄの４つのグループに分割され、各グループが１／４円の形状となっていることにより、次の様な偏光異方性が実現出来る。即ち、この４分割されたホログラムパターンを通った回折光は、光検出器３９上において、その回折光による像が１／４円に分割された状態で形成される（図６(a）参照）。
【００２１】
また、領域Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３からは＋１次回折光として、それぞれ光検出器３９の面上に焦点を有する４つの回折光が回折するように設計されている。図４において光ディスク７から反射する光ビームは４分の１波長板５を通過することにより、ＹＺ面内に偏光面を有する直線偏光となって偏光異方性ホログラム３８に入射する。偏光異方性ホログラム３８からは、上述したように複数の回折光が発生し、これら回折光はコリメータレンズ３によって収束される。図４においては、簡略のため、偏光異方性ホログラム３８の領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１から発生する、光検出器３９の前側に焦点を有する回折光をまとめて回折光４１と表記し、領域Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２から発生する、光検出器３９の後ろ側に焦点を有する回折光をまとめて回折光４２と表記した。図６に光検出器３９の光検出領域と回折光スポットを示す。同図において、４３〜４６は光検出領域であり、４１ａ〜４１ｄは、それぞれ、偏光異方性ホログラム３８の領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１から発生する回折光が形成する回折光スポットであり、４２ａ〜４２ｄは、それぞれ、偏光異方性ホログラム３８の領域Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２から発生する回折光のスポットである。光検出領域４３と光検出領域４６の出力の和をＦＥ１で示し、光検出領域４４と光検出領域４５の出力の和をＦＥ２で示す。図４の回折光４１，４２は、それぞれ図６で示した、分割された回折光スポット４１ａ〜４１ｄ，４２ａ〜４２ｄに対応する。図６（ａ）は、光ディスク７の情報記録面の位置が対物レンズ６の焦点位置よりも対物レンズ６から遠ざかる向きにある場合を示しており、同図（ｂ）は光ディスク７の情報記録面の位置が対物レンズ６の平均焦点位置とほぼ一致している場合を示している。同図（ｃ）では光ディスク７の情報記録面の位置は対物レンズ６の焦点位置よりも対物レンズ６に近づく向きにある場合を示している。図６において回折光スポット４１ａ〜４１ｄ及び４２ａ〜４２ｄがそれぞれ形成する４分の１円の中心、即ち、各回折光の主光線が光検出器３９に入射する位置を光検出領域４３、４４の境界線、及び光検出領域４５、４６の境界線から１０μｍだけ離すように偏光異方性ホログラムを設計した。説明を容易にするために分割された回折光スポット４１ａ〜４１ｄ及び４２ａ〜４２ｄの各４分の１円を仮想的に合成して図７に示す。図７は図６（ａ）に対応する図であって４７、４８は回折光スポットであり、それぞれ、図６（ａ）に示した回折光スポット４２ａ〜４２ｄ、４１ａ〜４１ｄを合成したものである。図７において、４９〜５４は検出領域であり、検出領域４９は図６に示した検出領域４３に、検出領域５０は検出領域４４と４５に、検出領域５１は検出領域４６に、検出領域５２は検出領域４５に、検出領域５３は検出領域４３と４６に、検出領域５４は検出領域４４にそれぞれ対応している。フォーカスエラー信号は検出領域４９、５１、５３の出力ＦＥ１と、検出領域５０、５２、５４の出力ＦＥ２の差（ＦＥ１−ＦＥ２）によって得られる。言うまでもなく、図７に示した各検出領域の出力を用いて上述の様に算出したＦＥ１−ＦＥ２の値と、図６に示した各検出領域の出力を用いて図６に示すＦＥ１とＦＥ２より算出したＦＥ１−ＦＥ２の値は、等価である。
【００２２】
光ディスク７としてＣＤを用いた場合、第１の発明の実施の形態と同様に光検出器３８の面上での回折光スポットを仮想的に合成した円の直径は約４０μｍであった。図７において、仮想的な光検出領域５０の最小寸法は２０μｍとなるので、第１の発明の実施の形態において説明したように、フォーカスエラー信号が０の時に情報信号のジッターを最小にすることができた。
【００２３】
なお、以上の説明ではホログラム素子として偏光異方性ホログラムを用いた例を説明したが、偏光異方性を有しないホログラム素子を用いても、同様に実施可能である。また、光ディスクについてもっぱら説明したが、光磁気ディスクについても同様に実施可能である。
【００２４】
以上述べた様に、本発明は、光ディスクあるいは光カードなど、光媒体もしくは光磁気媒体上に情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置に関するものであって、特に、基板表面から情報記録面までの寸法が異なる各種の光媒体もしくは光磁気媒体上に、情報の記録・再生あるいは消去を行うことができる光ヘッド装置に関するものであり、次のような効果を発揮する。
【００２５】
即ち、本発明の第１の発明によれば、光検出領域の最小寸法を回折光スポットの最小径よりも小さくすることによって、基板表面から情報記録面までの距離が異なる情報媒体に対して、情報信号のジッターを最小にするように記録再生スポットの焦点位置制御を行えるという顕著な効果が得られる。
【００２６】
また、本発明の第２の発明によれば、分割された回折光スポットの主光線の位置を光検出領域の境界に近づけることにより、光検出領域の大きさを小さくすることなく第１の発明と同等の効果が得られるので、情報信号の利得の周波数特性を劣化させないために光検出領域を余り小さくできない場合に顕著な効果が得られる。
【００２７】
尚、本発明の第１の光検出グループと第２の光検出グループは、上記実施の形態１では、検出領域３２〜３４と、検出領域３５〜３７にそれぞれ対応したが、これに限らず、これとは異なる数の検出領域を有していても良い。
【００２８】
又、本発明の第１の光検出領域と第２の光検出領域は、上記実施の形態１では、検出領域３３と検出領域３６にそれぞれ対応し、又、それぞれの最小寸法は、長方形状の各検出領域３３、３６の、それぞれの短い方の幅寸法に対応する。
【００２９】
又、本発明の回折素子の第１の領域と第２の領域は、上記実施の形態２では、例えば、領域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１のグループと、領域Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２のグループにそれぞれ対応する。
【００３０】
又、本発明の回折素子と回折光を分割する手段は、上記実施の形態２では、偏光異方性ホログラム３８において一体的に構成されている場合について説明したがに限らず、例えば、それぞれ別体として構成しても良い。
【００３１】
又、本発明の第１の回折光の分割回折光と第２の回折光の分割回折光は、上記実施の形態２の、例えば、４分の１円の回折光スポット４１ａと４分の１円の回折光スポット４２ａに対応するものであるが、これに限らず例えば、更に細かく分割されていても良く、それら回折光の分割の数は問わない。
【００３２】
又、本発明の第１及び第２の光検出グループの境界位置は、上記実施の形態２の検出領域４３と４４との境界と、検出領域４５と４６との境界とに対応するものである。
【００３３】
又、上記実施の形態では、光量分布を利用してフォーカス制御をする場合について説明したが、これに限らず例えば、次のような構成としてもかまわない。即ち、この場合の光ヘッド装置は、光ビームを放射する放射光源と、前記光ビームを収束させる第１の収束光学系と、前記第１の収束光学系の焦点近傍に設けられる情報媒体により反射される光ビームを回折する回折素子と、前記回折された回折光を収束させる第２の収束光学系と、前記収束された回折光を検出する、複数の光検出領域を有する光検出器とを備え、前記回折素子は、各領域から発生する回折光の各収束位置が異なる少なくとも第１の領域と第２の領域に分割されており、前記複数の光検出領域は、前記第１の領域から発生した第１の回折光を検出する第１の光検出グループと、前記第２の領域から発生した第２の回折光を検出する第２の光検出グループとに分割されており、前記第１の光検出グループに含まれた、前記第１の回折光の主光線を含む第１の光検出領域の最小寸法が、前記第２の光検出グループに含まれた、前記第２の回折光の主光線を含む第２の光検出領域の最小寸法よりも小さいものである。つまり、図２において、領域３３の短い方の寸法の方が、領域３６の対応する寸法に比べて、より小さく構成するものである。この場合も、上記と同様の効果をえることが出来る。但し、この場合、ＤＶＤを使用する際に上記と同様の効果を発揮出来る様にする為に、領域３３の出力と領域３６の出力等にそれぞれ異なる重み付けを行う様に重み付けの切換制御を行う必要がある。
又、光量分布を利用しない、別の例として、例えば、次のような構成としてもかまわない。即ち、この場合の光ヘッド装置は、光ビームを放射する放射光源と、前記光ビームを収束させる第１の収束光学系と、前記第１の収束光学系の焦点近傍に設けられる情報媒体により反射される光ビームを回折する回折素子と、前記回折された回折光を分割する手段と、前記分割された回折光を収束する第２の収束光学系と、前記収束された回折光を検出する、複数の光検出領域を有する光検出器とを備え、前記回折素子は、各領域から発生する回折光の各収束位置が異なる少なくとも第１の領域と第２の領域に分割されており、前記複数の光検出領域は、前記第１及び第２の領域から発生した第１及び第２の回折光の前記分割された複数の分割回折光の内、一部の分割回折光を検出する第１の光検出グループと、残りの分割回折光を検出する第２の光検出グループとに分けられており、前記第１の光検出グループにおける前記第１の回折光の前記分割回折光の主光線の位置と、前記第１の光検出グループの内の光検出領域同士の境界位置との間隔が、前記第２の回折光の前記分割回折光の主光線の位置と、前記境界位置との間隔よりも小さく、且つ、前記第２の光検出グループにおける前記主光線と前記境界が、前記位置関係と同じ関係にあるものである。つまり、図６において、例えば、４分の１円のスポット４２ａの主光線と領域４３と４４との境界との距離の方が、４分の１円のスポット４１ａの主光線と領域４３と４４との境界との距離よりも小さいと言う構成である。この場合も、上記と同様の効果をえることが出来る。但し、この場合、ＤＶＤを使用する際に上記と同様の効果を発揮出来る様にする為に、領域３３の出力と領域３６の出力等にそれぞれ異なる重み付けを行う様に重み付けの切換制御を行う必要がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、情報媒体の種類に関わらず情報信号の時間軸変動を従来に比べてより小さく出来ると言う長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光ヘッド装置の光学系の構成を示す図
【図２】同実施の形態の光検出器の光検出領域のパターンの一例と回折光スポットを示す図
【図３】同実施の形態の光検出器上の回折光スポットの詳細図
【図４】本発明の第２の実施の形態の光ヘッド装置の構成を示す図
【図５】同実施の形態の偏光異方性ホログラムのホログラムパターンを示す図
【図６】（ａ）〜（ｃ）：それぞれ同実施の形態の光検出器の光検出領域と回折光スポットを示す図
【図７】同実施の形態の回折光スポットを仮想的に合成して示す図
【図８】従来の光ヘッド装置の光学系の構成を示す図
【図９】（ａ）〜（ｃ）：それぞれフォーカスエラー信号の検出方法を説明するための図
【図１０】（ａ）〜（ｃ）：それぞれ光検出器の光検出領域と回折光スポットを示す図
【図１１】（ａ）〜（ｃ）：それぞれ回折光スポットを仮想的に合成して示す図
【図１２】（ａ）〜（ｂ）：それぞれ対物レンズの収束状態の模式図
【符号の説明】
１ 半導体レーザ
２ 光ビーム
３ コリメーターレンズ
５ ４分の１波長板
６ 対物レンズ
７ 光ディスク
３９ 光検出器
４０ 回折光
４２ 回折光
１００ 偏光異方性ホログラム
Claims (4)
- 光ビームを収束させる第１の収束光学系と、
前記第１の収束光学系の焦点近傍に設けられる情報媒体により反射される光ビームを回折する回折素子と、
前記回折素子により回折された回折光を収束させる第２の収束光学系と、
前記第２の収束光学系により収束された回折光を検出する、複数の光検出領域を有する光検出器とを備え、
前記回折素子は、回折光の収束位置がそれぞれ異なる第１の領域と第２の領域に分割されており、
前記複数の光検出領域は、前記第１の領域から発生した第１の回折光を検出する第１の光検出グループと、前記第２の領域から発生した第２の回折光を検出する第２の光検出グループとに分割されており、
前記第１の光検出グループと、前記第２の光検出グループはそれぞれ第１の光検出領域と第２の光検出領域を有し、
前記第１の回折光の光量分布と前記第２の回折光の光量分布とが異なる場合において、（１）前記第１の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域と、前記第２の光検出グループに含まれた前記第２の光検出領域が検出した光量の和と、（２）前記第１の光検出グループに含まれた前記第２の光検出領域と、前記第２の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域が検出した光量の和とが、等しくなるように、前記光検出器の光検出領域の面積を規定したことを特徴とする光ヘッド装置。 - 前記第１の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域は、前記第１の回折光の主光線を含む光を検出し、前記第２の光検出グループに含まれた前記第１の光検出領域は、前記第２の回折光の主光線を含む光を検出することを特徴とする請求項１記載の光ヘッド装置。
- 前記第１の収束光学系は、前記第２の収束光学系を兼ねていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ヘッド装置。
- 前記回折素子は、偏光異方性を有するホログラム素子であることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の光ヘッド装置。
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