JP2006313586A - 光ヘッド、情報記録装置、情報記録方法、情報再生装置及び情報再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】片面多層のディスクに対して層間クロストークおよび球面収差が無く、安定して記録／再生を行うことができる小型／軽量の光ヘッドを提供すること。
【解決手段】片面多層ディスクに対して少なくとも２つの位置にレーザ光Ｂ１、Ｂ２を収束させることができ、アクセスする記録層に応じて球面収差の無い集光スポットを使い分けることにより、いずれの記録層に対しても十分に絞り込まれた光ビームを照射することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は片面に複数の記録層を設けた光ディスクへの情報の記録または再生を行う光ヘッド、そのヘッドを用いた情報記録装置、情報記録方法、情報再生装置及び情報再生方法に関する。

映像信号等の大量な情報を記録できる記録媒体として、ＤＶＤ（デジタル・バーサタイル・ディスク）が普及している。２時間程度の映画をＤＶＤに記録し、再生装置により情報を再生することにより家庭で自由に映画を見ることが出来るようになった。近年、テレビジョン放送のディジタル化が提案され、高品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）方式という高解像度のテレビジョン方式の実用化も計画されている。このため、記憶容量を増やした次世代ＤＶＤの規格が提案されている。記憶容量を増やす手法は波長を短くする、あるいは開口数ＮＡを大きくする等によりビームスポットを絞り込む手法とは別に、ディスクの片面に複数（例えば２つ）の記録層を設け、対物レンズを光軸方向に動かしてそれぞれの層にビームを収束させ、記録層毎に再生することが考えられている。

このような片面多層ディスクを設計する際には、球面収差を考慮しなければならない。対物レンズは所定の厚み（所定の屈折率）の透明基板越しに記録層を再生するのに最適なようにその形状が設計されている。そのため、再生する記録層が複数あると、基板表面から記録層までの距離が変わり、対物レンズの中心部と周辺部とを通る光の集光位置がずれるという球面収差が生じる。球面収差が生じると、スポットサイズが大きくなったり、光量が低下したりするので、安定した記録・再生を行うことが困難となる。そのため、片面多層ディスクでは記録層間の距離は短い方が好ましい。

一方、片面多層ディスクにおいては、記録層間の距離が短いと、他の記録層からの信号の漏れ込みという層間クロストークが発生する。そのため、片面多層ディスクでは、層間クロストークが生じずかつ球面収差の影響が出ない範囲で各層を接近させて配置しなくてはならない。２層ディスクでは、基板表面から２つの記録層の中間位置までが所定の厚みとされ、球面収差の許容範囲内に２つの記録層が収まるように構成される。

しかし、片面３層以上のディスクでは、層間クロストークの影響が生じないように層間距離を大きくすると、全部の記録層を球面収差の許容範囲内に収めることが困難とある。そのため、球面収差を小さくするための収差補正が必要となる。なお、片面２層ディスクにおいても収差補正を行うことは好ましい。

従来の収差補正方法の一例として、レンズを移動して球面収差をなくす例がある（例えば、特許文献１参照）。

ここでは、透明層の厚みを計測し、基準値となる厚み誤差Δｔ＝０のときの厚みデータとの差分を検出することにより厚みデータの差分を検出する。この差分に応じて厚みデータの誤差がなくなるように、二群対物レンズを構成する先玉レンズを光軸方向に移動させる。これにより球面収差の影響を小さくすることができる。

しかし、（１）先玉レンズ、およびその駆動機構を設ける必要がある、（２）先玉レンズを駆動するモータへ電源、制御信号を与えるための信号線が必要であることにより、ヘッドが大型化／重量化し、ヘッドの動きが制限され、ヘッドアクセス性が阻害されるという欠点がある。

レンズを移動する代わりに液晶シャッタを用いて対物レンズの周辺部を通過する光の集光位置を中心部を通過する光の収束位置に合わせて球面収差補正を行うことも考えられている。しかし、ここでも、（１）液晶シャッタを設ける必要がある、（２）液晶シャッタへ電源、制御信号を与えるための信号線が必要であることにより、やはり、ヘッドが大型化／重量化し、ヘッドの動きが制限され、ヘッドアクセス性が阻害されるという欠点がある。

上記二つの方法はレンズの移動、液晶シャッタへの通電、制御信号の供給が伴うので、動的（ダイナミック）な補正方法といえる。
特開平１１−１９５２２９号公報（段落［００２７］乃至段落［００３２］）

このように従来では、光ヘッドを大型化／重量化しない限り、球面収差が生じないように層間距離を短くすると、層間クロストークが生じてしまい、ディスクの片面に多層の記録層を設けることができなかった。

本発明の目的は片面多層のディスクに対して層間クロストークおよび球面収差が無く、安定して記録／再生を行うことができる小型／軽量の光ヘッドを提供することである。

本発明の他の目的は片面多層のディスクに対して層間クロストークおよび球面収差が無く、安定して記録／再生を行うことができる装置／方法を提供することである。

上記した課題を解決し目的を達成するために、本発明は以下に示す手段を用いている。

（１）本発明の光ヘッドは、片面に複数の記録層を設けた記録媒体に対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができる。

（２）本発明の情報記録装置は、片面に複数の記録層を設けた記録媒体に対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができる光ヘッドを具備し、記録層に応じたいずれかのレーザ光により記録層に対して情報を記録する。

（３）本発明の情報記録方法は、片面に複数の記録層を設けた記録媒体に対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができる光ヘッドを用いて、記録層に応じたレーザ光により記録層に対して情報を記録する。

（４）本発明の情報再生装置は、片面に複数の記録層を設けた記録媒体に対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができる光ヘッドを具備し、記録層に応じたレーザ光により記録層の情報を再生する。

（５）本発明の情報再生方法は、片面に複数の記録層を設けた記録媒体に対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができる光ヘッドを用いて、記録層に応じたレーザ光により記録層の情報を再生する。

以上説明したように本発明によれば、片面多層のディスクに対して層間クロストークおよび球面収差が無く、安定して記録／再生を行うことができる小型／軽量の光ヘッドを提供することができる。

また、本発明によれば、片面多層のディスクに対して層間クロストークおよび球面収差が無く、安定して記録／再生を行うことができる装置／方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

本発明は再生専用、書換型、追記型のいずれのディスクにも適用可能であるが、説明の便宜上再生専用ディスクに適用した場合を例に取り説明する。書換型、追記型のディスクに適用する場合は、以下の説明で「再生」とあるのを「記録または再生」と読み替えれば良い。

実施の形態を説明する前に、先ず、片面多層ディスクの構成を説明する。一例として、図１を参照して片面３層ディスクの構成を説明する。中心部に孔があいている光ディスク１０はその寸法は外径１２０ｍｍ、内径１５ｍｍ、総厚１．２ｍｍ±０．０３ｍｍである。光ディスク１０は、対物レンズＯＬから照射されるレーザ光ＬＢの入射面ＩＦ側にポリカーボネートから成る第１の成形板１０１を有する。第１の成形板１０１は、レーザ光ＬＢの波長に対して透光性を有する。レーザ光の波長は４０５（±１０）ｎｍである。

第１の成形板１０１の入射面ＩＦと反対側の面には銀または銀合金からなる第１の記録層Ｌ０としての半透過膜１０２が設けられる。半透過膜１０２には記録情報に応じたピットが設けられる。

第１の記録層Ｌ０（半透過膜１０２）上には透光性の第１の中間層１０３を介して銀または銀合金からなる第２の記録層Ｌ１としての半透過膜１０４が設けられる。半透過膜１０４にも記録情報に応じたピットが設けられる。

第２の記録層Ｌ１（半透過膜１０４）上には透光性の第２の中間層１０５を介してアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる第３の記録層Ｌ２としての反射膜１０６が設けられる。反射膜１０６にも記録情報に応じたピットが設けられる。

第３の記録層Ｌ２（反射膜１０６）上にはポリカーボネートから成る第２の成形板１０７が設けられる。

ピットは、最短長が０．２０４μｍであり、０．４０μｍのトラックピッチでスパイラル状に形成されている。溝の間隔は０．４０μｍ〜０．８０μｍである。

レーザ光の入射面から各記録層Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２までの距離は６００±５５μｍの範囲内である。なお、±５５μｍは球面収差の許容値である。記録層Ｌ０の厚さは７〜１５ｎｍ、記録層Ｌ１の厚さは１３〜２２ｎｍ、記録層Ｌ２の厚さは２０〜３５ｎｍである。各記録層の反射率は、高く、しかもバランスが取れていることが望ましいため、理想的には各層とも３３％である。しかし、各層で１０％程度の光量ロスは避けられないため、３層ディスクならば、（１００％−１０％×３層）／３層＝２３％となり、上限は２３％となる。また、最低でも記録系ディスク並みの反射率がないと記録再生装置側でＳＮ比が不足するため、反射率の下限は４％となるが、上記の反射膜材料と膜厚を採用すれば各層の反射率は１０％以上を確保することが出来る。そのため、記録層Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２の反射率は４％から３３％（より好ましくは１０％から２３％）の範囲内である。

第１、第２の中間層１０３、１０５はフォトポリマー（紫外線硬化樹脂）からなる。第１、第２の中間層１０３、１０５の厚みは１５μｍ以上、５５μｍ以下（より好ましくは２３μｍ以上、３０μｍ以下）である。フォトポリマーは粘弾性係数が１３００ＭＰａ以上であり、硬化前の粘度が３００ｃｐｓ以下である。

なお、記録層Ｌ０、Ｌ１の半透過膜としては銀や銀合金の代わりに、成形板（ｎ＝１．６２）や中間層材料（ｎ＝１．５）と屈折率の異なる材料（ＳｉＯ_２、ＺｎＳや誘電体材料など）を用いても、銀や銀合金と同じ効果が得られる。

なお、光ディスク１０は、上述した形態に限られるわけではなく、４層以上の情報記録層を持ってもよいし、２層の記録層でもよい。また、有機色素を用いた追記型光ディスクや無機記録膜（相変化膜）を用いた記録再生型の光ディスクでもよい。また、より高密度または低密度のパターンでもよく、外径８０ｍｍの小径ディスクでもよい。

本発明の光ヘッドは片面多層ディスクに対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができ、アクセスする記録層に応じて球面収差の無い集光スポットを使い分けることにより、いずれの記録層に対しても十分に絞り込まれた光ビームを照射することができる。本発明は電流、制御信号を光ヘッドに与える必要がなく、レンズの移動も無いので、静的な球面収差補正とも言える。

集光スポットの数は必ずしも記録層の数と等しい必要は無く、記録層の数よりも少なくてもよい。記録層と同じ数だけ集光スポットを形成する場合は、各集光スポットの位置を記録層の位置とするが、少ない場合は、一つの集光スポットで球面収差の許容値以内の範囲にある複数、例えば２つの記録層の情報を再生する。一例として、片面３層、片面４層、片面５層ディスクに対して２つの集光スポットを形成する場合を図２、図３、図４に示す。以下の図面では、説明の便宜上、記録層の厚みは０とし、ピット、中間層は図示省略する。

片面３層ディスクの場合は図２に示すように、第１の集光スポットＢ１は同図（ａ）に示すように記録層Ｌ０、Ｌ１の中間位置に、他の集光スポットＢ２は同図（ｂ）に示すように記録層Ｌ１、Ｌ２の中間位置に形成する。ここでは、集光スポットは二つの記録層までを球面収差の許容範囲内に収めることができるとする。記録層は対物レンズＯＬ側から順にＬ０、Ｌ１、Ｌ２層とする。記録層Ｌ０の再生には、集光スポットＢ１を使う。記録層Ｌ１の再生には、集光スポットＢ１、集光スポットＢ２のいずれを使ってもよい。記録層Ｌ２の再生には、集光スポットＢ２を使う。

片面４層ディスクの場合は図３に示すように、第１の集光スポットＢ１は記録層Ｌ０、Ｌ１の中間位置に、他の集光スポットＢ２は記録層Ｌ２、Ｌ３の中間位置に形成する。記録層Ｌ０、Ｌ１の再生には、集光スポットＢ１を使う。記録層Ｌ２、Ｌ３の再生には、集光スポットＢ２を使う。あるいは、図示しないが、第１の集光スポットＢ１は記録層Ｌ０、またはＬ１の位置に、他の集光スポットＢ２は記録層Ｌ２、またはＬ３の位置に形成してもよい。

片面５層ディスクの場合は図４に示すように、第１の集光スポットＢ１は記録層Ｌ１の位置に、他の集光スポットＢ２は記録層Ｌ３の位置に形成する。記録層Ｌ０、Ｌ１の再生には、集光スポットＢ１を使う。記録層Ｌ２の再生には、集光スポットＢ１、集光スポットＢ２のいずれを使ってもよい。記録層Ｌ３、Ｌ４の再生には、集光スポットＢ２を使う。

片面６層以上の媒体に対して２つの集光スポットを形成する場合、あるいは３つ以上の集光スポットを形成する場合も、上記と同様にいくつか記録層は１つの集光スポットで共通に再生する。

複数の集光スポットの具体的な形成方法は、（１）対物レンズに入る光の発散性／収束性を変えることにより、複数スポットを光軸に沿った方向での異なる位置に形成する方法と、（２）対物レンズの中心部を通る光の収束位置をディスクの同一面上で異なる位置に形成する（対物レンズの周辺部を通る光は光軸に沿った方向での異なる位置に収束させ、その結果、全体としては複数スポットを光軸に沿った方向での異なる位置に形成する）方法がある。

（１）の実現手段としては、（１Ａ）複数の光源を用意し、対物レンズに入る時の各光源から出た光の発散性／収束性が異なるような位置に各光源を配置する、（１Ｂ）一つの光源から照射されたレーザ光の光路にホログラムあるいはフレネルレンズを選択的に入れて、対物レンズに入る時の光の発散性／収束性を変える手段がある。

（２）の実現手段としては、一つの光源から照射されたレーザ光の光路に球面収差補正用のホログラムを入れて０次光、＋１次光、−１次光等の球面収差を予め与えた複数の光を作る手段がある。

第１の実施の形態
以下、光ヘッドの各実施形態を説明する。以下の説明は、２つの集光スポットＢ１、Ｂ２を片面３層の再生専用媒体上に形成する場合であるが、４層以上の再生専用媒体、あるいは３層以上の記録可能な媒体の場合も同様である。

先ず、（１Ａ）複数の光源を用意し、対物レンズに入る時の各光源から出た光の発散性／収束性が異なるような位置に各光源を配置する第１の実施形態を図５、図６を参照して説明する。図５は１つの集光スポットＢ１を記録層Ｌ０とＬ１の中間位置に形成する場合、図６は他の集光スポットＢ２を記録層Ｌ１とＬ２の中間位置に形成する場合を説明する。

光ヘッド（ピックアップヘッドとも称する）は、例えば半導体レーザ素子であるレーザダイオード（ＬＤ）からなる光源２４、２６を含む。光源２４、２６から出力されるレーザ光の波長は、例えば４０５（±１０）ｎｍである。光源２４、２６はコリメータレンズに対する光路長が異なる位置に配置され、その結果、対物レンズに対する収束性／発散性が異なる。

図５に示すように、光源２４からのレーザ光はビームスプリッタ２２で反射され、コリメータレンズ２０を介して平行光とされる。平行光は偏光ビームスプリッタ１８および１／４波長板（偏光制御素子）１４を通過して集光素子である対物レンズ１２に入射され、対物レンズ１２により所定の収束性が与えられる。この結果、記録層Ｌ０とＬ１の中間位置に集光スポットＢ１が形成される。対物レンズ１２は、例えばプラスチック製で、その開口数ＮＡは、例えば０．６５である。対物レンズ１２はアクチュエータ１６により再生する記録層に応じた位置に集光スポットが形成されるように光軸に沿って移動されるとともに、フォーカシングサーボ制御により光軸方向の位置が微調整される。例えば、記録層Ｌ０の再生時は図５に示す位置に集光スポットが形成され、記録層Ｌ１、またはＬ２の再生時は図６に示す位置に集光スポットが形成されるように光軸方向の位置が可変される。なお、記録層Ｌ１の再生時は図５に示す位置に集光スポットが形成されてもよい。

記録層Ｌ０で反射されたレーザ光は、対物レンズ１２により入射時と同じ平行光とされ、１／４波長板１４により偏光方向が光ディスク１０に照射される時の偏光方向から９０度変化され、偏光ビームスプリッタ１８に戻される。このため、光ディスク１０から反射された反射レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１８で反射され、２枚の光分割素子２８、３０を介してフォーカスレンズ３２に入射される。光分割素子２８、３０は図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、トラック方向、トラック方向に直交する方向に沿って光を分割する。このため、光分割素子２８、３０を介してレーザ光は４分割される。

フォーカスレンズ３２は平行光をビームスプリッタ３４を通過してフォトディテクタ３６の受光面に結像させる。第１実施形態の光学系は共焦光学系であり、フォトディテクタ３６は光源２４の共焦点位置に設けられ、フォトディテクタ３８は光源２６の共焦点位置に設けられる。そのため、フォーカスレンズ３２から出た平行光はビームスプリッタ３４で反射してフォトディテクタ３８の方向に光路が曲げられても、光源２４の共焦点位置に設けられていないフォトディテクタ３８では検出されない。

他方の光源２６からのレーザ光は図６に示すようにコリメータレンズ２０を介して発散光として対物レンズ１２に入射される。このため、対物レンズ１２は光源２６からのレーザ光を光源２４からのレーザ光よりも遠くで収束させる。すなわち、光源２６からのレーザ光は記録層Ｌ１とＬ２の中間位置に集光スポットＢ２が形成される。

記録層Ｌ２、またはＬ１で反射されたレーザ光は、対物レンズ１２により収束光とされフォーカスレンズ３２に入射される。フォーカスレンズ３２を通過した光はビームスプリッタ３４で反射し、光源２６の共焦点位置に設けられたフォトディテクタ３８の受光面に結像する。ここでも、ビームスプリッタ３４を通過してフォトディテクタ３６の方向に進む光は、光源２６の共焦点位置に設けられていないフォトディテクタ３６では検出されない。

フォトディテクタ３６、３８は図８に示すように４つに分割された検出素子７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄからなる。検出素子７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄにより検出された信号は、プリアンプ／ＲＦ信号処理回路７２、サーボ回路７４に供給される。プリアンプ／ＲＦ信号処理回路７２は４つの検出信号から再生信号であるＲＦ信号と、アドレス情報、すなわち光ヘッドの対物レンズＯＬが現在対向している光ディスク１０のトラックまたはセクタを示す情報が得られる。サーボ回路７４は４つの検出信号からフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号を得る。これらの回路７２、７４で得られた信号はコントローラ７６に供給される。コントローラ７６では、フォーカスサーボ（対物レンズの焦点位置に対する光ディスクの記録層と対物レンズとの間の距離の差の制御）信号およびトラッキングサーボ（対物レンズの光ディスクのトラックを横切る方向の位置の制御）信号が生成され、各信号が、それぞれーカスアクチュエータとトラッキングアクチュエータ（レンズ位置制御機構）とに出力される。コントローラ７６においては、アドレス情報を元に、所望の位置のユーザーデータ等のデータを読み出すために、あるいは所望の位置にユーザーデータや管理情報を記録するために、光ヘッドの位置も制御される。また、コントローラ７６では、情報の記録や情報の再生に際し、光源２４、２６から出力されるレーザ光の強度が可変できる。これにより、記録情報に応じた強度のレーザ光を記録可能な記録層に収束させ、記録層の反射率を情報に応じた値にすることができる。

このように、２つの光源２４、２６を、各光源から出た光の対物レンズに入る時の発散性／収束性が異なるような位置に配置することにより、ディスクの光入射面から異なる距離の２つの位置に集光スポットを形成することができる。さらに、２つの光源の共焦点位置に２つの光検出器を配置することにより、各光検出器では意図する記録層からの反射光のみを検出することができる。これにより、球面収差の影響なく、しかも層間クロストークの無い片面３層ディスクの光ヘッドが実現される。

なお、他方の光源２６からの光が対物レンズに対して発散光とし、一方の光源２４からの集光スポットＢ１よりも遠くに集光スポットＢ２を形成したが、逆に収束光としても良い。その場合は、集光スポットＢ１よりも手前に集光スポットＢ２が形成される。本実施形態の光ヘッドは片面３層ディスクに限らず、図３、図４に示すように片面４層、５層ディスクに対しても記録、再生が可能である。

以下、他の実施の形態を説明する。他の実施の形態の説明において第１の実施の形態と同一部分は同一参照数字を付してその詳細な説明は省略する。

第２の実施の形態
次に、（１Ｂ）一つの光源から照射されたレーザ光の光路にホログラムあるいはフレネルレンズを選択的に入れて、対物レンズに入る時の光の発散性／収束性を変える第２の実施形態を図９、図１０を参照して説明する。図９は１つの集光スポットＢ１を記録層Ｌ０とＬ１の中間位置に形成する場合、図１０は他の集光スポットＢ２を記録層Ｌ１とＬ２の中間位置に形成する場合を説明する。

図９に示すように、光源２４からのレーザ光はコリメータレンズ２０を介して平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１８および１／４波長板１４を通過して対物レンズ１２に入射され、所定の収束性が与えられ、記録層Ｌ０とＬ１の中間位置に集光スポットＢ１が形成される。

記録層Ｌ０で反射されたレーザ光は、対物レンズ１２により入射時と同じ平行光とされ、１／４波長板１４により偏光方向が光ディスク１０に照射される時の偏光方向から９０度変化され、偏光ビームスプリッタ１８で反射され、２枚の光分割素子２８、３０を介してフォーカスレンズ３２に入射される。

フォーカスレンズ３２は平行光をビームスプリッタ３４を通過して光源２４の共焦点位置に設けられるフォトディテクタ３６の受光面に結像する。この光はビームスプリッタ３４で反射してフォトディテクタ３８の方向に光路が曲げられても、光源２４の共焦点位置に設けられていないフォトディテクタ３８では検出されない。

記録層Ｌ１、またはＬ２の再生時には、図１０に示すようにコリメータレンズ２０と偏光ビームスプリッタ１８の間にホログラムあるいはフレネルレンズ９０を配置し、コリメータレンズ２０からの平行光が発散光とされる。このため、図６に示す第１の実施形態の第２の光源２６からのレーザ光と同じ発散光として対物レンズ１２に入射され、記録層Ｌ１とＬ２の中間位置に集光スポットＢ２が形成される。すなわち、ホログラムあるいはフレネルレンズ９０を入れることにより、光源２４があたかも図６に示す光源２６として作用する。

記録層Ｌ２、またはＬ１で反射されたレーザ光は、対物レンズ１２により収束光とされフォーカスレンズ３２に入射される。フォーカスレンズ３２を通過した光はビームスプリッタ３４で反射して光源２４の共焦点位置には設けられていないフォトディテクタ３８の受光面に結像する。ホログラムあるいはフレネルレンズ９０を入れることにより、光源２４があたかも図６に示す光源２６として作用しているので、フォトディテクタ３８は図６に示す第１の実施形態の第２の光源２６の共焦点位置に設けられる。ここでも、ビームスプリッタ３４を通過してフォトディテクタ３６の方向に進む光は、光源２６の共焦点位置には設けられていないフォトディテクタ３６では検出されない。第２実施形態の光学系も共焦光学系である。

このため、第２実施形態によっても、レーザ光の光路にホログラムあるいはフレネルレンズを選択的に入れることにより、第１実施形態と同様に対物レンズに入る光の発散性／収束性を変えることができ、複数スポットを光軸に沿った方向での異なる位置に形成することができ、球面収差の影響なく、しかも層間クロストークの無い３層以上の片面多層ディスクの光ヘッドが実現される。

なお、第２実施形態においても、ホログラムあるいはフレネルレンズ９０で平行光を発散光とする代わりに収束光としても良い。

次に、一つの光源から照射されたレーザ光の光路にホログラムを入れて０次光、＋１次光、−１次光等の複数の光を作る実施の形態を説明する。

図１１を参照してホログラムの回折について説明する。レーザ光を凹凸の無い平面フィルムに垂直に入射させると、回折が無いので、透過光は直進する。直進光を０次光と称する。

レーザ光を凹凸のあるフィルム（ホログラムまたはグレーティング）に垂直に入射させると、図１１の（ａ）に示すように、直進する０次光と、回折を生じ斜めの方向に進む＋１次光、−１次光が得られる。ホログラムの凹凸が鋸歯状になっているブレーズドホログラムの場合は、図１１の（ｂ）に示すように、回折光は殆ど＋１次光になり、−１次光が出来ない。以下、単にホログラムと称する場合は、ホログラム（非ブレーズドホログラム）、グレーティング、ブレーズドホログラムを総称する。

０次光と±１次光の比率は凹凸の段差量ｄと、ピッチに対する凹凸の幅の比率ｗ／ｐを変えることにより変えることが出来る。例えば、ピッチに対する凹凸の幅の比率ｗ／ｐ＝０．５で、凹と凸との通過後の光の位相差（凹凸の段差量に相当）がλ／２の時、０次光の光量を０とする（±１次光のみとする）ことが出来る。

また、ブレーズドホログラムの場合は、ブレーズ角θを変えることにより、＋１次光と−１次光の比率を変えることが出来る。このように、１枚のホログラム上で凹凸の段差量ｄ、ピッチに対する凹凸の幅の比率ｗ／ｐ、ブレーズ角θを変えることにより、平行光を所望の発散性、収束性を持つ光に変化することが出来る。しかも、０次光、＋１次光、−１次光それぞれに異なる発散性、収束性を持たせることが出来る。

ここで、球面収差補正について説明する。前述したように、球面収差とは対物レンズの周辺部を通過する光の収束位置が中心部を通過する光の収束位置より手前、あるいは遠くになり、集光スポットが絞りきれないことを言う。そのため、これを補正するためには、対物レンズの手前にホログラムを入れ、対物レンズに入る光に逆の収差を予め与え、周辺部を通過する光の収束位置が遠く、あるいは手前になるようにすればよい。例えば、図１２の（ａ）に示すように、０次光を平行光として対物レンズに入射させると、中心部を通過する光も周辺部を通過する光も同じ点αで収束する。

収差補正を与えるため、図１２の（ｂ）に示すように、−１次光を収束光として対物レンズに入射させる。すると、中心部を通過する光はα点で収束するが、周辺部を通る光はα点の手前で収束する。収束点は周辺部に行く程手前になる。そのため、−１次光全体としてはα点より手前のβ点に集光スポットが形成され、β点において球面収差が０となる。

反対に、図１２の（ｃ）に示すように、＋１次光を発散光として対物レンズに入射させると、中心部を通過する光はα点で収束するが、周辺部を通る光はα点の手前で収束する。収束点は周辺部に行く程遠くになる。そのため、＋１次光全体としてはα点より遠くのγ点に集光スポットが形成され、γ点において球面収差が０となる。

このように±１次光に球面収差補正を与えることにより、０次光、±１次光を対物レンズの中心部を通る光は媒体の同一面上で収束するが、周辺部を通る光も含めた全体としては異なる面で収束する。なお、０次光は球面収差ホログラムを入れても収束特性は変わらない。

球面収差補正は、先ず、ディスク内の光軸上のある位置αにおいて０次光の球面収差が無い（中心部を通る光と周辺部を通る光が同じ点で収束する）ように対物レンズの形状を決定する。次に、±１次光がγ、β点で球面収差が無いようにホログラムのパターン（発散角）を決定する。

なお、１次光のプラスとマイナスの定義は逆でも構わないので、＋１次光を図１２の（ｂ）に示すように収束光として対物レンズに入射させα点より遠くで収束させ、−１次光を図１２の（ｃ）に示すように発散光として対物レンズに入射させα点より手前で収束させても良い。

また、ホログラムは集光スポットの形成位置を光軸に沿って異なせるだけではなく、光軸をずらすことも出来る。対物レンズの中心部を通過する光がディスクの同一面で収束するが全体として光軸に沿って異なる位置で収束する複数の集光スポットを識別して検出するためには「光軸ずらし」が必要である。

上記原理に基づいて、（２）対物レンズの中心部を通る光の収束位置をディスクの同一面上で異なる位置に形成する（対物レンズの周辺部を通る光は光軸に沿った方向での異なる位置に収束させ、その結果、全体としては複数スポットを光軸に沿った方向での異なる位置に形成する）第３の実施の形態を説明する。

図１３はホログラムを用いてレーザ光を０次光と＋１次光と−１次光の３つの光に分け、＋１次光と−１次光の光軸を０次光からずらした場合の集光スポットの位置を示す。

片面３層ディスクの場合は図１３の（ａ）に示すように、０次光は記録層Ｌ１の位置で集光スポットＢ_０を形成し、−１次光は記録層Ｌ０の位置で集光スポットＢ_−１を形成し、＋１次光は記録層Ｌ２の位置で集光スポットＢ_＋１を形成するように構成する。

片面４層ディスクの場合は図１３の（ｂ）に示すように、０次光は記録層Ｌ１、Ｌ２の中間位置で集光スポットＢ_０を形成し、−１次光は記録層Ｌ０、Ｌ１の中間位置で集光スポットＢ_−１を形成し、＋１次光は記録層Ｌ２、Ｌ３の中間位置で集光スポットＢ_＋１を形成するように構成する。記録層Ｌ０の再生には−１次光の集光スポットＢ_−１を用い、記録層Ｌ１の再生には−１次光の集光スポットＢ_−１あるいは０次光の集光スポットＢ_０を用い、記録層Ｌ２の再生には０次光の集光スポットＢ_０あるいは＋１次光の集光スポットＢ_＋１を用い、記録層Ｌ３の再生には＋１次光の集光スポットＢ_＋１を用いる。

片面５層ディスクの場合は図１３の（ｃ）に示すように、０次光は記録層Ｌ２の位置で集光スポットＢ_０を形成し、−１次光は記録層Ｌ０、Ｌ１の中間位置で集光スポットＢ_−１を形成し、＋１次光は記録層Ｌ３、Ｌ４の中間位置で集光スポットＢ_＋１を形成するように構成する。記録層Ｌ０、Ｌ１の再生には−１次光の集光スポットＢ_−１を用い、記録層Ｌ２の再生には０次光の集光スポットＢ_０を用い、記録層Ｌ３、Ｌ４の再生には＋１次光の集光スポットＢ_＋１を用いる。

図１４はホログラムを用いてレーザ光を＋１次光と−１次光の２つの光に分ける（０次光の光量を０とする）場合の集光スポットの位置を示す。

片面３層ディスクの場合は図１４の（ａ）に示すように、−１次光は記録層Ｌ０、Ｌ１の中間位置で集光スポットＢ_−１を形成し、＋１次光は記録層Ｌ１、Ｌ２の中間位置で集光スポットＢ_＋１を形成するように構成する。記録層Ｌ０の再生には、集光スポットＢ_−１を使う。記録層Ｌ１の再生には、集光スポットＢ_−１、Ｂ_＋１のいずれを使ってもよい。記録層Ｌ２の再生には、集光スポットＢ_＋１を使う。

片面４層ディスクの場合は図１４の（ｂ）に示すように、−１次光は記録層Ｌ０、Ｌ１の中間位置で集光スポットＢ_−１を形成し、＋１次光は記録層Ｌ２、Ｌ３の中間位置で集光スポットＢ_＋１を形成するように構成する。記録層Ｌ０、Ｌ１の再生には、集光スポットＢ_−１を使う。記録層Ｌ２、Ｌ３の再生には、集光スポットＢ_＋１を使う。

片面５層ディスクの場合は図１４の（ｃ）に示すように、−１次光は記録層Ｌ０、Ｌ１の中間位置で集光スポットＢ_−１を形成し、＋１次光は記録層Ｌ３、Ｌ４の中間位置で集光スポットＢ_＋１を形成するように構成する。記録層Ｌ０、Ｌ１の再生には、集光スポットＢ_−１を使う。記録層Ｌ２の再生には、集光スポットＢ_−１、Ｂ_＋１のいずれを使ってもよい。記録層Ｌ３、Ｌ４の再生には、集光スポットＢ_＋１を使う。あるいは、片面５層ディスクの場合は図１４の（ｄ）に示すように、−１次光は記録層Ｌ１の位置で集光スポットＢ_−１を形成し、＋１次光は記録層Ｌ３の位置で集光スポットＢ_＋１を形成するように構成する。記録層Ｌ０、Ｌ１の再生には、集光スポットＢ_−１を使う。記録層Ｌ２の再生には、集光スポットＢ_−１、Ｂ_＋１のいずれを使ってもよい。記録層Ｌ３、Ｌ４の再生には、集光スポットＢ_＋１を使う。

なお、図示していないが、２つの集光スポットを形成する場合、ブレーズドホログラムを用いて、０次光と＋１次光の２つの集光スポットを形成しても良い。

第３の実施の形態
図１３も図１４も球面収差補正ホログラムの原理は同じであるが、説明の便宜上図１４の（ａ）に示す集光スポットを形成する第３の実施形態の光ヘッドを図１５、図１６を参照して説明する。

図１５は−１次光の集光スポットＢ_−１を記録層Ｌ０、Ｌ１の中間の位置に形成し、図１６は＋１次光の集光スポットＢ_＋１を記録層Ｌ１、Ｌ２の中間の位置に形成する構成を示す。すなわち、非ブレーズドホログラムあるいはグレーティングを用いてｗ／ｐ＝０．５で、凹と凸との通過後の光の位相差をλ／２として０次光の光量を０とする。

−１次光と＋１次光の２つの集光スポットを使う場合は、−１次光と＋１次光の２つの集光スポットの形成位置の中間位置で球面収差が０となるように対物レンズを設計する。そして、−１次光と＋１次光が集光スポットＢ_−１、Ｂ_＋１の形成位置で球面収差が０となるように球面収差補正ホログラム５０を設計する。

ディスクからの反射光はフォーカスレンズ３２により検出器６２に結像される。第３の実施形態は図１２に示したように対物レンズの中心部を通過した光はディスクの同一面（点αに対応する面）内で収束しているが、全体としては光軸に沿って異なる位置に収束され、しかも＋１次光の集光スポットＢ_＋１は−１次光の集光スポットＢ_−１に対して光軸がずれて形成されている。そのため、集光スポットＢ_−１、Ｂ_＋１の反射光を検出する検出セルを同一面内に配置でき、光学系の小型化に可能となる。

検出器６２は図１７に示すように、集光スポットＢ_−１が形成される層に最適な光のフォーカシングエラー検出セル６４ａ、６４ｂと、集光スポットＢ_−１が形成される層に最適な光のトラッキングエラー検出セル６４ｃ、６４ｄと、集光スポットＢ_＋１が形成される層に最適な光のフォーカシングエラー検出セル６６ａ、６６ｂと、集光スポットＢ_＋１が形成される層に最適な光のトラッキングエラー検出セル６６ｃ、６６ｄとが同一基板上に形成される。

以上説明したように、第３の実施の形態によれば、レーザ光にホログラム５０を介して０次光、±１次光の複数の光に分け、±１次光に対して対物レンズの周辺部を通過する光に対して逆の球面収差を与えるような発散性、収束性を与えることにより、ディスク表面からの距離が異なる複数の記録層のそれぞれに対して球面収差の無い集光スポットを形成することができる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、種々変形して実施可能である。例えば、上述の説明では、３層以上の片面多層ディスクについて説明したが、２層ディスクの光ヘッドとしても適用可能であることは言うまでも無い。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の光ヘッドが記録／再生する片面多層ディスクの構成を示す図。 片面２層ディスクにおける本発明の原理を示す図。 片面３層ディスクにおける本発明の原理を示す図。 片面５層ディスクにおける本発明の原理を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る光ヘッドの構成（第１の集光スポットを使って再生する時）を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る光ヘッドの構成（第２の集光スポットを使って再生する時）を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る光ヘッドの光分割素子の構成を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る光ヘッドの回路部分の構成を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る光ヘッドの構成（第１の集光スポットを使って再生する時）を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る光ヘッドの構成（第２の集光スポットを使って再生する時）を示す図。 ホログラムの回折現象を示す図。 球面収差補正ホログラムの補正作用を示す図。 本発明の第３の実施形態の原理を示す図。 本発明の第３の実施形態の原理を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る光ヘッドの構成（第１の集光スポットを使って再生する時）を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る光ヘッドの構成（第２の集光スポットを使って再生する時）を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る光ヘッドのフォトディテクタの詳細を示す図。

符号の説明

１０…片面多層ディスク、１２…対物レンズ、１４…１／４波長板、１８…偏光ビームスプリッタ、２０…コリメータレンズ、２２，３４…ビームスプリッタ、２４，２６…光源、２８，３０…光分割素子、３６，３８…フォトダイオード。

Claims (5)

1. 片面に複数の記録層を設けた記録媒体に対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができる光ヘッド。
2. 片面に複数の記録層を設けた記録媒体に対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができる光ヘッドを具備し、
   記録層に応じたいずれかのレーザ光により記録層に対して情報を記録する情報記録装置。
3. 片面に複数の記録層を設けた記録媒体に対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができる光ヘッドを用いて、記録層に応じたレーザ光により記録層に対して情報を記録する情報記録方法。
4. 片面に複数の記録層を設けた記録媒体に対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができる光ヘッドを具備し、
   記録層に応じたレーザ光により記録層の情報を再生する情報再生装置。
5. 片面に複数の記録層を設けた記録媒体に対して少なくとも２つの位置にレーザ光を収束させることができる光ヘッドを用いて、記録層に応じたレーザ光により記録層の情報を再生する情報再生方法。

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