JP2007310966A - 光ヘッド装置、及び、光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な回折光の影響を受けずに、フォーカスサーボの引き込み動作を正しく行うことができる光ヘッド装置を提供する。
【解決手段】対物レンズ１０８は、回折格子が形成された屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズとして構成されており、半導体レーザ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの何れかから出射されたレーザ光を、ディスク１０９上に集光する。光検出器１１２は、ディスク１０９からの反射光を受光する。対物レンズ１０８の回折格子における、ディスク１０９の記録又は再生に用いられる所望の回折光の回折効率をη_Ｔ、所望の回折光より１つだけ次数が低い回折光の回折効率をη_Ｆとし、ディスク１０９の記録面の反射率をＲ_ｒ、表面の反射率をＲ_ｓとしたとき、
（η_Ｆ／η_Ｔ）＜（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）
が成立する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ヘッド装置及び光ディスク装置に関し、更に詳しくは、回折・屈折ハイブリッド型の対物レンズを有する光ヘッド装置、及び、そのような光ヘッド装置を搭載した光ディスク装置に関する。

光記録媒体にレーザ光を照射し、光記録媒体に光学的に情報を記録し、かつ、光記録媒体に記録された情報を再生する光ディスク装置（光学式情報記録再生装置）が普及している。光学式情報記録再生装置における記録密度は、光ヘッド装置が光記録媒体上に形成する集光スポットの径の２乗に反比例する。すなわち、集光スポットの径が小さいほど記録密度は高くなる。集光スポットの径は、光ヘッド装置における光源の波長に比例し、対物レンズの開口数に反比例する。すなわち、光源の波長が短く対物レンズの開口数が高いほど集光スポットの径は小さくなる。

記録・再生に用いられるレーザ光の光源の波長、及び、対物レンズの開口数は、記録・再生の対象となる光記録媒体によって異なる。容量６５０ＭＢのＣＤ（コンパクトディスク）規格では、光源の波長は約７８５ｎｍであり、対物レンズの開口数は０．４５である。また、容量４．７ＧＢのＤＶＤ（ディジタルバーサタイルディスク）規格では、光源の波長は約６６０ｎｍであり、対物レンズの開口数は０．６である。更に、近年提案ないし実用化されている、容量１５ＧＢ〜２０ＧＢのＨＤ ＤＶＤ（ハイデンシティディジタルバーサタイルディスク）規格では、光源の波長は約４０５ｎｍであり、対物レンズの開口数は０．６５である。また、容量２３．３ＧＢ〜２７ＧＢのＢＤ（ブルーレイディスク）規格では、光源の波長は約４０５ｎｍであり、対物レンズの開口数は０．８５である。

ところで、光学式情報記録再生装置では、光記録媒体が対物レンズに対して傾くと、コマ収差によって集光スポットの形状が乱れ、記録再生特性が悪化する。コマ収差は、光源の波長に反比例し、対物レンズの開口数の３乗及び光記録媒体の保護層の厚さに比例する。このため、光記録媒体の保護層の厚さが同じ場合には、光源の波長が短く、対物レンズの開口数が高いほど、記録再生特性に対する光記録媒体の傾きのマージンは狭くなる。この問題を回避するため、記録密度を高めるために光源の波長を短く、対物レンズの開口数を高くした規格では、光記録媒体の保護層の厚さを必要に応じて薄くし、記録再生特性に対する光記録媒体の傾きのマージンを確保している。ＣＤ規格におけるディスクの保護層の厚さは１．２ｍｍであり、ＤＶＤ規格におけるディスクの保護層の厚さは０．６ｍｍである。また、ＨＤ ＤＶＤ規格におけるディスクの保護層の厚さは０．６ｍｍであり、ＢＤ規格におけるディスクの保護層の厚さは０．１ｍｍである。

上記のように、光記録媒体としては種々の規格の媒体が存在するが、光ヘッド装置や光学式情報記録再生装置には、規格が異なる複数のディスクに対して記録や再生を行うことができる機能が求められている。ＤＶＤ規格及びＣＤ規格の何れのディスクに対しても記録・再生を行うことができる光ヘッド装置は既に実用化されている。また、ＨＤ ＤＶＤ規格、ＢＤ規格、ＤＶＤ規格、及び、ＣＤ規格の何れのディスクに対しても記録・再生を行うことができる光ヘッド装置も提案されている。

複数規格のディスクを記録・再生するための光ヘッド装置で、対物レンズが単一の波長及び保護層の厚さに対して球面収差を打ち消すように光学系が設計されていると、設計とは異なる波長及び保護層の厚さの規格のディスクに対しては球面収差が残留し、その規格のディスクに対しては、正しく記録・再生を行うことができない。このため、複数規格のディスクに対応した光ヘッド装置では、対物レンズが複数の波長及び保護層の厚さに対して球面収差を打ち消すように光学系が設計されている。複数の波長及び保護層の厚さに対して球面収差を打ち消すための手法としては、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズを用いる手法や、波長及び保護層の厚さに応じて対物レンズの倍率を変化させる手法、或いは、それらを組み合わせる手法がある。

ＤＶＤ規格、ＣＤ規格の何れのディスクに対しても記録・再生を行うことができる従来の光ヘッド装置としては、特許文献１に記載された光ヘッド装置がある。図７は、特許文献１に記載された従来の光ヘッド装置の構成を示している。この光ヘッド装置２００は、ＤＶＤ規格のディスクの記録・再生に用いられる、波長約６６０ｎｍの半導体レーザ２０１と、ＣＤ規格のディスクの記録・再生に用いられる、波長約７８５ｎｍの半導体レーザ２０２とを備えている。半導体レーザ２０１又は２０２から出射された光は、ダイクロイックプリズム２０３、ビームスプリッタ２０５、及び、コリメータレンズ２０６を介して、対物レンズ２０７に入射する。対物レンズ２０７は、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズとして構成されており、入射するレーザ光をディスク２０８上に集光する。

ディスク２０８が、ＤＶＤ規格のディスクであれば、半導体レーザ２０１が点灯され、半導体レーザ２０１からの出射光は、ダイクロイックプリズム２０３をほとんど全て透過し、ビームスプリッタ２０５で約５０％が反射して、コリメータレンズ２０６で平行光化され、対物レンズ２０７により、ディスク２０８上に集光される。ディスク２０８からの反射光は、対物レンズ２０７、コリメータレンズ２０６を逆向きに通り、ビームスプリッタ２０５を約５０％が透過し、光検出器２０４で受光される。

ディスク２０８がＣＤ規格のディスクの場合には、半導体レーザ２０２が用いられる。半導体レーザ２０２からの出射光は、ダイクロイックプリズム２０３でほとんど全て反射し、ビームスプリッタ２０５で約５０％が反射し、コリメータレンズ２０６で平行光化され、対物レンズ２０７により、ディスク２０８上に集光される。ディスク２０８からの反射光は、ＤＶＤ規格の場合と同様に、対物レンズ２０７、コリメータレンズ２０６を逆向きに通り、ビームスプリッタ２０５を約５０％が透過し、光検出器２０４で受光される。

屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズが、ある波長及び保護層の厚さに対して球面収差を打ち消すための条件は、波長をλ、屈折レンズによる球面収差をＳＡ_Ｒ（λ）、回折レンズによる球面収差をＳＡ_Ｄ（λ）、保護層による球面収差をＳＡ_Ｐ（λ）として、
ＳＡ_Ｒ（λ）＋ＳＡ_Ｄ（λ）＋ＳＡ_Ｐ（λ）＝０ （１）
で与えられる。屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズは、屈折と回折との２つの自由度を有するため、２つの波長に対し、対物レンズの倍率を変化させることなく上記式１を満たすように光学系を設計することができる。図７に示す構成では、λ＝６６０ｎｍ、λ＝７８５ｎｍの２つの波長に対し、対物レンズ２０７の倍率が共に０の状態（対物レンズ２０７へ平行光が入射する状態）で式１を満たすように光学系が設計される。これは、対物レンズの倍率が０の状態では、対物レンズがトラックサーボの動作を行うためにディスクの半径方向へシフトしても、光学系に収差が発生しないためである。

ＤＶＤ規格、ＣＤ規格に加えて、ＨＤ ＤＶＤ規格或いはＢＤ規格のディスクに対しても記録・再生を行うことができる光ヘッド装置においても、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズを用いることができる。このような光ヘッド装置では、λ＝４０５ｎｍ、λ＝６６０ｎｍ、及び、λ＝７８５ｎｍの３つの波長に対して、上記式１を満たすように光学系を設計する必要がある。この場合、３つの波長のうちの２つに対しては、対物レンズの倍率を変化させることなく式１を満たすように光学系を設計することができる。しかし、もう１つの波長に対しては、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズを用いるだけでは自由度が不足し、対物レンズの倍率を変化させずに式１を満たすように光学系を設計することはできない。

そこで、３つの波長に対応した光ヘッド装置では、対物レンズの倍率を変化させて、３つの波長について、式１を満たすように光学系を設計する。例えば、λ＝４０５ｎｍ、λ＝６６０ｎｍの２つの波長に対しては、対物レンズの倍率が共に０の状態で式１を満たすように光学系を設計し、λ＝７８５ｎｍの波長に対しては、対物レンズの倍率が負の状態（対物レンズへ発散光が入射する状態）で式１を満たすように光学系を設計する。この場合、λ＝７８５ｎｍの波長に対しては、対物レンズの倍率が０でないため、対物レンズがトラックサーボの動作を行うためにディスクの半径方向へシフトすると、光学系に収差が発生することになるが、λ＝４０５ｎｍ、λ＝６６０ｎｍの２つの波長に対しては、対物レンズの倍率が０であるため、対物レンズがトラックサーボの動作を行うためにディスクの半径方向へシフトしても、光学系に収差が発生しない。
再公表特許ＷＯ０１／０２６１０３号公報

ここで、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズを用いた光ヘッド装置では、ディスクに対して記録・再生を行う際に用いられる所望の回折光以外に、不要な回折光が発生する。図８に、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズにて発生する回折光を示す。例えば、１次回折光が所望の回折光であるとすると、０次回折光や２次回折光が不要な回折光となる。また、２次回折光が所望の回折光であるとすると、１次回折光や３次回折光が不要な回折光となる。所望の回折光より次数が低い不要な回折光は、所望の回折光より回折角が小さいため、対物レンズ２０７から遠い位置に集光する。これとは逆に、所望の回折光より次数が高い不要な回折光は、所望の回折光より回折角が大きいため、対物レンズ２０７に近い位置に集光する。

通常、光学式情報記録再生装置では、ディスクに対して記録や再生を行う際に、初めにフォーカスサーボの引き込み動作が行われる。フォーカスサーボの引き込み動作では、対物レンズをディスクから遠ざけておき、光検出器２０４でディスク２０８からの反射光を受光しつつ、対物レンズ２０７を徐々にディスク２０８へ近づけていく。この動作では、まず、ディスク２０８の表面からの反射光が光検出器２０４で受光され、ディスクの表面に対応した和信号及びフォーカス誤差信号が検出される。次いで、ディスクの記録面からの反射光が光検出器２０４で受光され、ディスクの記録面に対応した和信号及びフォーカス誤差信号が検出される。このフォーカス誤差信号に基づいてフォーカスサーボをかけることにより、ディスクの記録面へのフォーカスサーボの引き込み動作が正しく行われる。

しかし、対物レンズ２０７に、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズを用いた場合には、不要な回折光の影響により、フォーカスサーボの引き込み動作が必ずしも正しく行われないという問題が発生する。以下、この問題について説明する。図９に、対物レンズとディスクの位置関係を示す。フォーカスサーボの引き込み動作では、対物レンズ２０７を、ディスク２０８から遠い側の位置から、ディスク２０８に近づく方向へと徐々に近付けていく。これにより、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の状態が、この順で出現する。

図９（ａ）は、往路（光が光源側からディスク２０８に向かう方向）において、対物レンズ２０７で所望の回折光として回折された光がディスク２０８の表面に集光している状態を示している。この状態では、ディスク２０８の表面からの反射光のうち、復路において対物レンズ２０７で所望の回折光として回折された光が光検出器２０４で受光され、ディスク２０８の表面に対応した和信号及びフォーカス誤差信号が検出される。また、図９（ｃ）は、対物レンズ２０７がディスク２０８へ近づいていき、往路において、対物レンズ２０７で所望の回折光として回折された光がディスク２０８の記録面に集光している状態を示している。この状態では、ディスク２０８の記録面からの反射光のうち、復路において対物レンズ２０７で所望の回折光として回折された光が光検出器２０４で受光され、ディスク２０８の記録面に対応した和信号及びフォーカス誤差信号が検出される。

図９（ｂ）は、対物レンズ２０７が、同図（ａ）に示す状態と同図（ｃ）に示す状態との中間の位置にあり、往路における対物レンズ２０７の所望の回折光の集光位置と、所望の回折光より１つだけ次数が低い不要な回折光の集光位置との中間の位置に、ディスク２０８の記録面がある状態を示している。この状態では、往路において対物レンズ２０７で所望の回折光より１つだけ次数が低い不要な回折光として回折され、ディスク２０８の記録面で反射され、復路において対物レンズ２０７で所望の回折光として回折された光、及び、往路において対物レンズ２０７で所望の回折光として回折され、ディスク２０８の記録面で反射され、復路において対物レンズ２０７で所望の回折光より１つだけ次数が低い不要な回折光として回折された光の双方が光検出器２０４で受光される。これにより、集光スポットがディスク２０８の表面又は記録面に集光していない状態にもかかわらず、偽の和信号及びフォーカス誤差信号が検出される。

図１０（ａ）及び（ｂ）は、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズを用いた場合のフォーカス引き込み時の和信号及びフォーカス誤差信号の変化の様子を示している。対物レンズ２０７をディスク２０８から遠ざけておき、徐々にディスク２０８へ近付けていくと、まず、図９（ａ）の状態が出現し、ディスク２０８の表面に対応した和信号１１５ａ（図１０（ａ））、及び、フォーカス誤差信号１１６ａ（図１０（ｂ））が検出される。次いで、図９（ｂ）の状態が出現し、偽の和信号１１５ｂ、及び、フォーカス誤差信号１１６ｂが検出される。その後、図９（ｃ）の状態が出現し、ディスク２０８の記録面に対応した和信号１１５ｃ及びフォーカス誤差信号１１６ｃが検出される。

フォーカス引き込みでは、図９（ｂ）の状態に対応する偽の和信号１１５ｂのレベル及びフォーカス誤差信号１１６ｂの振幅が大きく、ディスク２０８の表面に対応する和信号１１５ａのレベル及びフォーカス誤差信号１１６ａの振幅との差が小さいと、偽の和信号１１５ｂ及びフォーカス誤差信号１１６ｂの位置を、記録面の位置と誤検出することがある。この場合には、偽のフォーカス誤差信号１１５ｂに基づいて、フォーカスサーボがかかり、ディスク２０８の記録面へフォーカスサーボを正しく引き込むことができない。このように、回折・屈折ハイブリッド型の対物レンズを用いた光ヘッド装置では、不要な回折光により、フォーカス引き込みを正しく行うことができないことがあるということが問題となる。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズを用いた光ヘッド装置で、不要な回折光の影響を受けずに、フォーカスサーボの引き込み動作を正しく行うことができる光ヘッド装置、及び、そのような光ヘッド装置を有する光ディスク装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の光ヘッド装置は、規格が異なる複数種類の光記録媒体に対応した複数個の光源と、回折格子が形成された屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズであって、前記複数個の光源のうちで選択された１つの光源から出射された出射光を、光記録媒体上に集光すると共に、前記光記録媒体からの反射光を前記出射光とは逆向きに透過する対物レンズと、前記光記録媒体からの反射光を前記対物レンズを介して受光する光検出器とを備え、前記回折格子における、前記光記録媒体に対して記録又は再生を行う際に用いられる所望の回折光の回折効率をη_Ｔ、該所望の回折光より１つだけ次数が低い回折光の回折効率をη_Ｆとし、前記光記録媒体の記録面の反射率をＲ_ｒ、前記光記録媒体の表面の反射率をＲ_ｓとしたとき、
（η_Ｆ／η_Ｔ）＜（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）
が成り立つことを特徴とする。

本発明の光ヘッド装置では、対物レンズに、回折格子が形成された屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズを用い、回折格子における所望の回折光の回折効率をη_Ｔ、所望の回折光よりも１つだけ次数が低い回折光の回折効率をη_Ｆ、光記憶媒体の記憶面の反射率をＲ_ｒ、表面の反射率をＲ_ｓとして、（η_Ｆ／η_Ｔ）＜（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）が成立するように、回折格子を形成する。このようにすることで、不要な回折光が光記録媒体の記録面で反射して光検出器で受光される際の受光量を、所望の回折光が光記録媒体の表面で反射して光検出器で検出される際の受光量よりも少なくすることができる。このため、不要な回折光による偽の和信号及びフォーカス誤差信号を、誤って記録面での和信号及びフォーカス誤差信号と認識する事態を避けることができ、不要な回折光の影響を排除して、フォーカスサーボの引き込み動作を正しく行うことができる。

本発明の光ヘッド装置では、前記回折格子はブレーズ化されており、前記回折格子のブレーズ波長が、前記複数種類の光記録媒体に対応した複数種類の光の波長のそれぞれについて、前記（η_Ｆ／η_Ｔ）＜（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）を満たすように定められている構成を採用できる。ブレーズ化された回折格子では、光記録媒体の記録・再生に用いられる各波長での回折効率は、ブレーズ波長、及び、回折光の次数に依存して変化することになるが、光記録媒体の記録・再生に用いる回折光の所望の次数、及び、回折格子のブレーズ波長を、適切に設定することにより、全ての波長にて、（η_Ｆ／η_Ｔ）＜（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）を満たすように回折格子を形成することができ、サーボ引き込みを正しく行うことができる。

本発明の光ヘッド装置では、前記複数個の光源が、第１の波長の光を出射する第１の光源と、第２の波長の光を出射する第２の光源と、第３の波長の光を出射する第３の光源とを有する構成を採用できる。例えば、第１の光源は、ＨＤ ＤＶＤやＢｌｕ−Ｒａｙの規格の光記録媒体の記録・再生に用いられる波長約４０５ｎｍの光源、第２の光源は、ＤＶＤ規格の光記録媒体の記録・再生に用いられる波長約６６０ｎｍの光源、第３の光源は、ＣＤ規格の光記録媒体の記録・再生に用いられる波長約７８０ｎｍの光源として構成できる。

本発明の光ディスク装置は、上記本発明の光ヘッド装置と、前記複数個の光源を選択的に駆動する第１の回路系と、前記光検出器の出力から、再生信号、及び、前記光記憶媒体に形成された記録マークと集光スポットとの位置ずれを表す誤差信号を生成する第２の回路系と、前記対物レンズを、前記誤差信号に基づいて駆動する第３の回路系とを有することを特徴とする。

本発明の光ヘッド装置及び光ディスク装置では、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズに形成された回折格子における所望の回折光の回折効率をη_Ｔ、所望の回折光よりも１つだけ次数が低い回折光の回折効率をη_Ｆとし、光記憶媒体の記憶面の反射率をＲ_ｒ、表面の反射率をＲ_ｓとして、（η_Ｆ／η_Ｔ）＜（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）が成立するように、回折格子を形成する。このようにすることで、不要な回折光による偽の和信号のレベル、及び、フォーカス誤差信号の振幅を、それぞれ光記録媒体の表面に対応した和信号のレベル、及び、フォーカス誤差信号の振幅よりも小さくすることができる。これにより、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズを用いながらも、不要な回折光による偽の和信号及びフォーカス誤差信号を、誤って記録面での和信号及びフォーカス誤差信号と認識する事態を避けることができ、不要な回折光の影響を排除して、フォーカスサーボの引き込み動作を正しく行うことができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態の光ヘッド装置の構成を示している。光ヘッド装置１００は、半導体レーザ１０１、コリメータレンズ１０２、回折光学素子１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、凹レンズ１０５ａ、凸レンズ１０５ｂ、１／４波長板１０６、開口制御素子１０７、対物レンズ１０８、円筒レンズ１１０、凸レンズ１１１、及び、光検出器１１２を備える。本実施形態では、記録・再生の対象となるディスク１０９として、ＨＤ ＤＶＤ規格／ＢＤ規格、ＤＶＤ規格、及び、ＣＤ規格のディスクを考える。

半導体レーザ１０１は、複数種類の規格のディスクの記録・再生に対応して、波長約４０５ｎｍの半導体レーザ１０１ａ、波長約６６０ｎｍの半導体レーザ１０１ｂ、及び、波長約７８５ｎｍの半導体レーザ１０１ｃを有する。また、コリメータレンズ１０２、回折光学素子１０３、及び、偏光ビームスプリッタ１０４は、３つの半導体レーザ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに対応して、それぞれ、コリメータレンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、回折光学素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、及び、偏光ビームスプリッタ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを有する。

光ヘッド装置１００では、３つの半導体レーザ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのうちで、記録・再生の対称となるディスク１０９の規格に対応した波長の半導体レーザが点灯される。半導体レーザ１０１を出射した光は、コリメータレンズ１０２で平行光化され、回折光学素子１０３で、透過光、及び、±１次回折光の３つの光に分割される。これらの光は、偏光ビームスプリッタ１０４にＳ偏光として入射し、ほとんど全て反射して、凹レンズ１０５ａ側に進行方向を変える。凹レンズ１０５ａ及び凸レンズ１０５ｂを透過した光は、１／４波長板１０６で直線偏光から円偏光に変換され、開口制御素子１０７を透過して、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズ１０８により、ディスク１０９上に集光される。

ディスク１０９からの反射光は、対物レンズ１０８、開口制御素子１０７を、往路とは逆向きに通り、１／４波長板１０６で、円偏光から、往路における直線偏光の偏光方向と直交した方向の直線偏光に変換される。１／４波長板１０６で直線偏光に変換された反射光は、凸レンズ１０５ｂ及び凹レンズ１０５ａを透過し、偏光ビームスプリッタ１０４にＰ偏光として入射して、ほとんど全てが透過し、円筒レンズ１１０及び凸レンズ１１１を介して、光検出器１１２で受光される。

本実施形態の光ヘッド装置１００では、λ＝４０５ｎｍ、λ＝６６０ｎｍの２つの波長に対しては、対物レンズ１０８の倍率が共に０の状態（対物レンズ１０８へ共に平行光が入射する状態）で式１を満たすように光学系が設計されている。また、λ＝７８５ｎｍの波長に対しては、対物レンズ１０８の倍率が負の状態（対物レンズ１０８へ発散光が入射する状態）で式１を満たすように光学系が設計されている。対物レンズ１０８の倍率の変化には、凹レンズ１０５ａ及び凸レンズ１０５ｂで構成されるエキスパンダレンズが用いられる。

例えば、ディスク１０９がＨＤ ＤＶＤ規格又はＶＤ規格のディスクであれば、凹レンズ１０５ａと凸レンズ１０５ｂとの間の間隔を、半導体レーザ１０１ａから出射して凹レンズ１０５ａに平行光として入射する波長４０５ｎｎの光が、凸レンズ１０５ｂから平行光として出射し、対物レンズ１０８に入射するように制御する。また、ディスク１０９がＤＶＤ規格のディスクであれば、凹レンズ１０５ａと凸レンズ１０５ｂとの間の間隔を、半導体レーザ１０１ｂから出射して凹レンズ１０５ａに平行等として入射する波長６６０ｎｍの光が、凸レンズ１０５ｂから平行光として出射し、対物レンズ１０８に入射するように制御する。ディスク１０９がＣＤ規格のディスクであれば、凹レンズ１０５ａと凸レンズ１０５ｂとの間の間隔を、半導体レーザ１０１ｃから出射して凹レンズ１０５ａに平行光として入射する波長７８５ｎｎの光が、凸レンズ１０５ｂから適切な広がり角を持つ発散光として出射し、対物レンズ１０８に入射するように制御する。

対物レンズの開口数は、ディスクの規格ごとに異なっており、ＨＤ ＤＶＤ規格で０．６５、ＢＤ規格では０．８５、ＤＶＤ規格では０．６、ＣＤ規格では０．４５である。光ヘッド装置１００では、開口制御素子１０７により、記録・再生の対象となるディスク１０９の種別に応じて、対物レンズ１０８の開口数を制御する。図２は、開口制御素子を平面図で示している。開口制御素子１０７は、ガラス基板上に誘電体多層膜が形成された構成を有し、２つの同心円により領域１１７ａ〜１１７ｃの３つの領域に分割されている。なお、図中に点線で示す円の直径は、対物レンズ１０８の有効径に相当する。

領域１１７ａ〜１１７ｃには、互いに異なる誘電体多層膜が形成される。領域１１７ａに形成される誘電体多層膜は、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、及び、７８５ｎｍの光を全て透過させる働きを有する。領域１１７ｂに形成される誘電体多層膜は、波長４０５ｎｍ及び６６０ｎｍの光を透過させ、波長７８５ｎｍの光を反射させる働きを有する。領域１１７ｃに形成される誘電体多層膜は、波長４０５ｎｍの光を透過させ、波長６６０ｎｍ及び７８５ｎｍの光を反射させる働きを有する。

波長４０５ｎｍの光は、開口制御素子１０７の領域１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃを全て透過する。従って、波長４０５ｎｍの光に対する対物レンズ１０８の開口数は、対物レンズの有効直径によって決まり、０．６５又は０．８５に設定される。波長６６０ｎｍの光は、領域１１７ａ、１１７ｂの内部のみを透過するため、波長６６０ｎｍの光に対する対物レンズ１０８の開口数は、領域１１７ｂの外径によって決まり、０．６に設定される。波長７８５ｎｍの光は、領域１１７ａの内部のみを透過するため、波長７８５ｎｍの光に対する対物レンズ１０８の開口数は、領域１１７ａの外径によって決まり、０．４５に設定される。

図３は、光検出器１１２における受光部のパタンと受光部上の光スポットの配置とを示している。同図に示す光スポット１１８ａは、回折光学素子１０３からの透過光に相当し、ディスク１０９の半径方向に対応する分割線、及び、接線方向に対応する分割線で４つに分割された受光部１１９ａ〜１１９ｄで受光される。光スポット１１８ｂは、回折光学素子１０３からの＋１次回折光に相当し、ディスク１０９の半径方向に対応する分割線で２つに分割された受光部１１９ｅ、１１９ｆで受光される。光スポット１１８ｃは回折光学素子１０３からの−１次回折光に相当し、ディスク１０９の半径方向に対応する分割線で２つに分割された受光部１１９ｇ、１１９ｈで受光される。ここで、円筒レンズ１１０の作用により、ディスク１０９の半径方向に対応する方向と接線方向に対応する方向とは、受光部上では、互いに入れ替わっている。

受光部１１９ａ〜１１９ｈからの出力をそれぞれＶ１１９ａ〜Ｖ１１９ｈと表すと、和信号は、（Ｖ１１９ａ＋Ｖ１１９ｂ＋Ｖ１１９ｃ＋Ｖ１１９ｄ）の演算から得られる。また、フォーカス誤差信号は、公知の非点収差法により、（Ｖ１１９ａ＋Ｖ１１９ｄ）−（Ｖ１１９ｂ＋Ｖ１１９ｃ）の演算から得られる。ディスク１０９が再生専用型のディスクである場合、トラック誤差信号は、公知の位相差法により、（Ｖ１１９ａ＋Ｖ１１９ｄ）と（Ｖ１１９ｂ＋Ｖ１１９ｃ）との位相差から得られる。ディスク１０９が追記型又は書換可能型のディスクである場合には、トラック誤差信号は、公知の差動プッシュプル法により、（Ｖ１１９ａ＋Ｖ１１９ｂ）−（Ｖ１１９ｃ＋Ｖ１１９ｄ）−Ｋ｛（Ｖ１１９ｅ＋Ｖ１１９ｇ）−（Ｖ１１９ｆ＋Ｖ１１９ｈ）｝（ただし、Ｋは定数）の演算から得られる。ディスク１０９に記録されたＲＦ信号は、（Ｖ１１９ａ＋Ｖ１１９ｂ＋Ｖ１１９ｃ＋Ｖ１１９ｄ）の高周波成分から得られる。

屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズ１０８を用いた光学式情報記録再生装置で、不要な回折光の影響を受けずに、フォーカスサーボの引き込み動作を正しく行うためには、図９（ｂ）に示す状態における和信号（図１０（ａ）の１１５ｂ）のレベルと、フォーカス誤差信号（図１０（ｂ）の１１６ｂ）の振幅とが、図９（ａ）に示す状態における和信号（図１０（ａ）の１１５ａ）のレベル、及び、フォーカス誤差信号（図１０（ｂ）の１１６ａ）の振幅よりもそれぞれ小さければよい。和信号及びフォーカス誤差信号は、上記のように、光検出器１１２で受光される光から生成され、そのレベル及び振幅は、受光量に比例した値となる。従って、図９（ｂ）の状態での光検出器１１２での受光量が、図９（ａ）の状態での光検出器１１２での受光量よりも少なくなるように、光学系を設計すればよい。

所望の回折光の回折効率をη_Ｔ、所望の回折光より１つだけ次数が低い不要な回折光の回折効率をη_Ｆ、ディスク１０９の記録面の反射率をＲ_ｒとすると、往路において対物レンズ１０８で所望の回折光より１つだけ次数が低い不要な回折光として回折され、ディスク１０９の記録面で反射され、復路において対物レンズ１０８で所望の回折光として回折された光に対する光検出器１１２の受光量（図９（ｂ）の状態での受光量）は、η_Ｆ×Ｒ_ｒ×η_Ｔに比例する。また、往路において対物レンズ１０８で所望の回折光として回折され、ディスク１０９の記録面で反射され、復路において対物レンズ１０８で所望の回折光より１つだけ次数が低い不要な回折光として回折された光に対する光検出器１１２の受光量はη、_Ｔ×Ｒ_ｒ×η_Ｆに比例する。

一方、往路において対物レンズ１０８で所望の回折光として回折され、ディスク１０９の表面で反射され、復路において対物レンズ１０８で所望の回折光として回折された光に対する光検出器１１２の受光量（図９（ａ）の状態での受光量）は、ディスク１０９の表面の反射率をＲ_ｓとすると、η_Ｔ×Ｒ_ｓ×η_Ｔに比例する。従って、図９（ｂ）の状態での和信号のレベル及びフォーカス誤差信号の振幅が、それぞれ、図９（ａ）の状態での和信号のレベル及びフォーカス誤差信号の振幅よりも小さくなるための条件は、
η_Ｆ×Ｒ_ｒ×η_Ｔ＋η_Ｔ×Ｒ_ｒ×η_Ｆ＜η_Ｔ×Ｒ_ｓ×η_Ｔ
で与えられる。上記式を変形すると、
（η_Ｆ／η_Ｔ）＜（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ） （２）
と表すことができる。

波長４０５ｎｍの光に対しては、ＨＤ ＤＶＤ規格又はＢＤ規格の中で、ＨＤ ＤＶＤ−ＲＯＭ規格におけるディスクの記録面の反射率が４０％〜７０％の範囲内であることから、式２におけるＲ_ｒは、Ｒ_ｒ≧０．４となる。また、ディスクの保護層の屈折率は約１．６２であり、式２におけるＲ_ｓは、Ｒ_ｓ＝（１．６２−１）^２／（１．６２＋１）^２＝０．０５６となる。このことから、（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）は、０．０５６／（２×０．４）＝０．０７となり、下記式３が得られる。
η_Ｆ／η_Ｔ＜０．０７ （３）

波長６６０ｎｍの光に対しては、ＤＶＤ規格の中で、ＤＶＤ−ＲＯＭ規格におけるディスクの記録面の反射率が４５％〜８５％の範囲内であることから、式２におけるＲ_ｒは、Ｒ_ｒ≧０．４５となる。また、ディスクの保護層の屈折率は約１．５８であり、式２におけるＲ_ｓは、Ｒ_ｓ＝（１．５８−１）^２／（１．５８＋１）^２＝０．０５０５となる。このことから、（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）は、０．０５０５／（２×０．４５）＝０．０５６となり、下記式４が得られる。
η_Ｆ／η_Ｔ＜０．０５６ （４）

波長７８５ｎｍの光に対しては、ＣＤ規格の中で、ＣＤ−ＲＯＭ規格におけるディスクの記録面の反射率が７０％以上であることから、式２におけるＲ_ｒは、Ｒ_ｒ≧０．７となる。また、ディスクの保護層の屈折率が約１．５８であることから、式２におけるＲ_ｓは、Ｒ_ｓ＝（１．５８−１）^２／（１．５８＋１）^２＝０．０５０５となる。このことから、（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）は、０．０５０５／（２×０．７）＝０．０３６となり、下記式５が得られる。
η_Ｆ／η_Ｔ＜０．０３６ （５）

対物レンズ１０８に形成されている回折格子はブレーズ化されている。回折格子におけるブレーズ波長をλ_０、対物レンズ１０８への入射光の波長をλとし、簡単のために対物レンズ１０８の屈折率の波長依存性を無視すると、対物レンズ１０８におけるｍ次の回折光の回折効率は、下記式６で与えられる。
η_ｍ（λ）＝ｓｉｎ^２［π（λ_０／λ−ｍ）］／［π（λ_０／λ−ｍ）］^２ （６）

図４は、回折効率の計算結果の一例を示している。この例では、ブレーズ波長λ_０は５００ｎｍに設定されている。グラフ横軸は、入射光の波長を、縦軸は回折効率を示している。式６により計算した、０次、１次、２次の回折光に対する回折効率を、グラフ（ａ）〜（ｃ）に示す。ここで、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍの光に対して、それぞれ１次の回折光を所望の回折光として用いるとすると、所望の回折光より１つだけ次数が低い不要な回折光は、それぞれ０次の回折光となる。この場合、波長４０５ｎｍの光に対しては、グラフ（ｂ）よりη_Ｔ＝０．８３２、グラフ（ａ）よりη_Ｆ＝０．０３であるため、η_Ｆ／η_Ｔ＝０．０３６となり、式３が成り立つ。しかしながら、波長６６０ｎｍの光に対しては、η_Ｔ＝０．８２１、η_Ｆ＝０．０８４であるため、η_Ｆ／η_Ｔ＝０．１０２となり、式４が成り立たない。また、波長７８５ｎｍの光に対しては、η_Ｔ＝０．６３５、η_Ｆ＝０．２０６であるため、η_Ｆ／η_Ｔ＝０．３２５となり、式５が成り立たない。

図５は、回折効率の計算結果の別の例を示している。この例では、ブレーズ波長λ_０は、７６０ｎｍに設定されている。波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍの光に対し、それぞれ２次、１次、１次の回折光を所望の回折光として用いるとすると、所望の回折光より１つだけ次数が低い不要な回折光は、それぞれ１次、０次、０次の回折光となる。この場合、波長４０５ｎｍの光に対しては、グラフ（ｃ）、（ｂ）より、η_Ｔ＝０．９５１、η_Ｆ＝０．０１９であるため、η_Ｆ／η_Ｔ＝０．０２となり、式３が成り立つ。また、波長６６０ｎｍの光に対しては、グラフ（ｂ）、（ａ）より、η_Ｔ＝０．９２７、η_Ｆ＝０．０１６であるため、η_Ｆ／η_Ｔ＝０．０１７となり、式４が成り立つ。波長７８５ｎｍの光に対しては、グラフ（ｂ）、（ａ）より、η_Ｔ＝０．９９７、η_Ｆ＝０．００１であるため、η_Ｆ／η_Ｔ＝０．００１となり、式５が成り立つ。

上記の計算例に基づいて、光ヘッド装置１００では、対物レンズ１０８のブレーズ波長を、７６０ｎｍとする。また、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍの光に対して、それぞれ２次、１次、１次の回折光を所望の回折光として用いる。このようにすることで、３つの波長の何れにおいても、式２を満たす関係とすることができ、屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズ１０８を用いつつ、不要な回折光の影響を受けずに、フォーカスサーボの引き込み動作を正しく行うことができる。

図６に、光ヘッド装置１００を含む光学式情報記録再生装置の構成を示す。光学式情報記録再生装置１５０は、図１に示す構成を有する光ヘッド装置１００に加えて、記録信号生成回路１２０、半導体レーザ駆動回路１２１、プリアンプ１２２、再生信号生成回路１２３、誤差信号生成回路１２４、及び、対物レンズ駆動回路１２５を備える。記録信号生成回路１２０は、外部から入力される記録データに基づいて、半導体レーザ１０１ａ〜１０１ｃを駆動するための記録信号を生成する。半導体レーザ駆動回路１２１は、記録信号生成回路１２０が生成する記録信号に基づいて、半導体レーザ１０１ａ〜１０１ｃを駆動し、ディスク１０９への信号の記録を行う。

プリアンプ１２２は、光検出器１１２から入力される電流信号を電圧信号に変換する。再生信号生成回路１２３は、ディスク１０９からの信号再生時に、プリアンプ１２２で変換された電圧信号に基づいて、再生信号を生成し、再生データを外部へ出力する。誤差信号生成回路１２４は、プリアンプ１２２から入力される電圧信号に基づいて、対物レンズ１０８を駆動するためのフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号を生成する。対物レンズ駆動回路１２５は、誤差信号生成回路１２４が生成するフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号に基づいて、図示しないアクチュエータにより、対物レンズ１０８を駆動し、フォーカスサーボ及びトラックサーボの動作を実施する。なお、図示は省略するが、光学式情報記録再生装置１５０は、上記以外に、ディスク１０９を回転させるスピンドル制御回路や、光ヘッド装置１００全体をディスク１０９に対して移動させるポジショナ制御回路等を含んでいる。

光学式情報記録再生装置１５０では、サーボ引き込みで、集光スポットがディスク１０９の表面又は記録面にあるか否かを判定する際の和信号のレベル及びフォーカス誤差信号の振幅のしきい値を、図９（ａ）に示す状態での和信号のレベル（図１０（ａ）の１１５ａ）及びフォーカス誤差信号の振幅（図１０（ｂ）の１１６ａ）と、図９（ｂ）に示す状態での和信号のレベル（図１０（ａ）の１１５ｂに相当）及びフォーカス誤差信号の振幅（図１０（ｂ）の１１６ｂに相当）の中間に設定する。本実施形態では、光ヘッド装置１００の光学系を、式２を満たすように設定しているため、図９（ｂ）に示す状態での和信号のレベル及びフォーカス誤差信号の振幅は、図９（ａ）に示す状態での和信号のレベル及びフォーカス誤差信号の振幅よりも小さく、従って、図９（ｂ）に示す状態で、偽の和信号及びフォーカス誤差信号を誤検出することがない。

また、所望の回折光がディスク１０９の記録面に照射されている状態（図９（ｃ））での和信号のレベル及びフォーカス誤差信号の振幅は、図９（ａ）に示す状態での和信号のレベル及びフォーカス誤差信号の振幅よりも大きく、サーボ引き込み動作では、表面に対応した和信号及びフォーカス誤差信号に後続して、ディスク１０９の記録面に対応した和信号及びフォーカス誤差信号は検出されることになる。このように、本実施形態では、対物レンズ１０８に屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズを用いながらも、誤って偽のフォーカス誤差信号に基づいてフォーカスサーボをかけることなく、ディスク１０９の記録面に対応したフォーカス誤差信号に基づいてフォーカスサーボをかけることができ、ディスクの記録面へのフォーカスサーボの引き込み動作を正しく行うことができる。

なお、上記実施形態では、光ディスク装置が、ディスク１０９に対する情報の記録と、ディスク１０９からの情報の再生との双方を行う光学式情報記録再生装置として構成される例について説明したが、光ヘッド装置１００が搭載される光ディスク装置は、ディスクからの情報の再生のみを行う光学式情報再生装置であってもよい。この場合、半導体レーザ１０１は、半導体レーザ駆動回路１２１によって、記録信号に基づいて駆動されるのではなく、出射光のパワーが一定の値となるように駆動される。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の光ヘッド装置及び光ディスク装置は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施形態の光ヘッド装置の構成を示すブロック図。 開口制御素子を平面的に示す平面図。 光検出器における受光部のパタンと受光部上の光スポットの配置とを示す平面図。 回折効率の計算結果の一例を示すグラフ。 回折効率の計算結果の別の例を示すグラフ。 光ヘッド装置を含む光学式情報記録再生装置の構成を示すブロック図。 特許文献１に記載された従来の光ヘッド装置の構成を示すブロック図。 屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズにて発生する回折光を示す模式図。 （ａ）〜（ｃ）は、対物レンズとディスクの位置関係を示す模式図。 （ａ）及び（ｂ）は、フォーカス引き込み時の和信号及びフォーカス誤差信号の変化の様子を示すグラフ。

符号の説明

１０１：半導体レーザ
１０２：コリメータレンズ
１０３：回折光学素子
１０４：偏光ビームスプリッタ
１０５ａ：凹レンズ
１０５ｂ：凸レンズ
１０６：１／４波長板
１０７：開口制御素子
１０８：対物レンズ
１０９：ディスク
１１０：円筒レンズ
１１１：凸レンズ
１１２：光検出器
１２０：記録信号生成回路
１２１：半導体レーザ駆動回路
１２２：プリアンプ
１２３：再生信号生成回路
１２４：誤差信号生成回路
１２５：対物レンズ駆動回路

Claims (4)

1. 規格が異なる複数種類の光記録媒体に対応した複数個の光源と、
   回折格子が形成された屈折・回折ハイブリッド型の対物レンズであって、前記複数個の光源のうちで選択された１つの光源から出射された出射光を、光記録媒体上に集光すると共に、前記光記録媒体からの反射光を前記出射光とは逆向きに透過する対物レンズと、
   前記光記録媒体からの反射光を前記対物レンズを介して受光する光検出器とを備え、
   前記回折格子における、前記光記録媒体に対して記録又は再生を行う際に用いられる所望の回折光の回折効率をη_Ｔ、該所望の回折光より１つだけ次数が低い回折光の回折効率をη_Ｆとし、前記光記録媒体の記録面の反射率をＲ_ｒ、前記光記録媒体の表面の反射率をＲ_ｓとしたとき、
   （η_Ｆ／η_Ｔ）＜（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）
   が成り立つことを特徴とする光ヘッド装置。
2. 前記回折格子はブレーズ化されており、前記回折格子のブレーズ波長が、前記複数種類の光記録媒体に対応した複数種類の光の波長のそれぞれについて、前記（η_Ｆ／η_Ｔ）＜（Ｒ_ｓ／２Ｒ_ｒ）を満たすように定められていることを特徴とする、請求項１に記載の光ヘッド装置。
3. 前記複数個の光源が、第１の波長の光を出射する第１の光源と、第２の波長の光を出射する第２の光源と、第３の波長の光を出射する第３の光源とを有す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。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の光ヘッド装置と、
   前記複数個の光源を選択的に駆動する第１の回路系と、
   前記光検出器の出力から、再生信号、及び、前記光記憶媒体に形成された記録マークと集光スポットとの位置ずれを表す誤差信号を生成する第２の回路系と、
   前記対物レンズを、前記誤差信号に基づいて駆動する第３の回路系とを有することを特徴とする光ディスク装置。

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