JP2009020945A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多層ディスクでの隣接層からの反射光が迷光となり、トラッキング制御信号やデータ信号に悪影響を与えるのを軽減する。
【解決手段】隣接層５１２からの迷光を含む光ディスク５０１からの反射光を、集光レンズ４０５で一旦集光し反射板４３で反射する。レンズと反射板の間に、平面状の減衰素子４５を反射板から離した状態で光軸に平行でかつ光軸を含む形で配置する。反射板は当該層５１１からの反射光を反射し、減衰素子は隣接層からの反射光を遮断する。集光レンズに戻った光は迷光の影響が低減したものであり、この光を検出器５２で検出し、制御信号やデータ信号とする。
【選択図】図１

Description

本発明は光ピックアップ装置に関し、特に光ピックアップ装置の読出し光学系に関する。

光ディスクの１層の記録容量は、使用する半導体レーザの波長と対物レンズの開口数（ＮＡ）に大きく依存する。半導体レーザの波長が短いほど、あるいはＮＡが大きいほど、記録密度を大きくでき、１層あたりの容量を増やすことができる。現在市場に流通している光ディスクドライブの主体は、波長６５０ｎｍ付近の赤色光とＮＡ０．６の対物レンズを使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）ドライブであるが、ＤＶＤの記録密度を上回るものとして、光波長４０５ｎｍ付近の青紫色の半導体レーザを光源とし、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用する光ディスクドライブが出荷され始めている。今後の記録密度向上のために使用波長の短波長化を考えたとき、この青紫色より短い波長の半導体レーザ光源の開発は波長が紫外域になるため、開発に困難が予想される。また、空気中での対物レンズのＮＡの限界は１であるので、対物レンズによる記録密度の向上も困難になってきている。

このような状況において、１枚の光ディスクの容量を増加させる方式として２層化が実施されている。非特許文献１には２層の相変化ディスクの技術が紹介されている。レーザ光を２層光ディスクに照射した場合、同時に隣接層を照射することになるので層間のクロストークが問題となる。この問題を低減するために、層間隔を大きくすることが行われる。レーザ光は集光されており、目的とする層（当該層）以外はレーザ光の集光位置からずれるので、クロストークを低減することができる。

一方、層間隔を広げると球面収差が問題になってくる。記録層は空気の屈折率と異なるポリカーボネイト中に埋め込まれており、ディスク表面からの深さにより球面収差が異なる。対物レンズはその球面収差が特定の層に対して小さくなるように設計されており、他の層にレーザ光の焦点を移したとき球面収差が発生する。この収差は、通常二枚のレンズで構成されるエクスパンダーレンズ光学系あるいは液晶素子を対物レンズの前に置くことで補正することが可能である。すなわち、二枚のレンズの距離あるいは液晶素子の位相を変えることで収差を補正することができる。しかし、液晶素子の補償可能範囲あるいはレンズの移動機構を小型の光ディスクドライブ装置内で実現することを考慮すると、大きい球面収差を補正することはできない。従って、層間隔を十分広くとった多層光ディスクに実際の光ドライブ装置で対応するのは事実上難しいと考えられる。この結果、層間隔の狭い多層光ディスクを使用せざるを得ず、層間クロストークが残ることになる。

前述のクロストークを低減するために、特許文献１によれば、多層光ディスクからの反射光をレンズで集光したとき、目的とする層と隣接層からの反射光の集光位置は光軸上で異なることを利用する。この光軸上に微小なミラーを配置することで、目的とする反射光だけを取り出すことができ、クロストークの低減が可能となる。しかし、光ディスクからの反射光を光軸に対して横方向に曲げる方式であるため、光ピックアップは大きくならざるを得ない。また、特許文献２によれば、臨界角プリズムを使用して、隣接層からの反射光を取り除く方法が提案されている。この方法では、当該層からの反射光はコリメートされた平行光になるが、隣接層からの反射光は発散光あるいは収束光になることを利用し、光軸に対してある角度以上になった光線を、臨界角プリズムで除去しようとするものである。この方式も、臨界プリズムを２個使用するので、光ピックアップが大きくならざるを得ない。

特開2005-302084号広報 特開2002-367211号広報 Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42 (2003)pp.956-960

図３を用いて、光ピックアップ装置の検出光学系における多層光ディスクによるクロストークを説明する。トラッキングエラー信号の検出はここではＤＰＰ（Differential Push-Pull）法を使用するものとする。ＤＰＰ法では回折格子によりレーザ光を１本のメイン光線と二本のサブ光線に分割して光ディスクを照射する。図３ではメイン光線８０のみを示している。単純化のために、５０１は二層の光ディスクとし、５１１及び５１２は情報記録層である。対物レンズ４０１からのメイン光線の最小ビームスポット位置はメイン光線８０で示すように情報記録層５１１上にあり、情報記録層５１１からの情報を読み出そうとしている。情報記録層５１１上には、図４に示すトラッキングのための案内溝が形成されており、この溝をメイン光線が光スポット９４として照射し、同時にサブ光線は半トラックピッチだけずれた位置を照射スポット９５、９６の状態で照射している。照射光の焦点は記録層５１１に合っているので、その反射光は入射光と同じ光路を逆方向に辿って図３の対物レンズ４０１に戻る。次に、検出レンズ４０２を透過し、光ビーム８０１となって光検出器５１に入射する。検出レンズ４０２には非点収差が入っており、光検出器５１は最小錯乱円の位置に設置される。

光検出器の形状とディスクからの反射光の入射状態を図５に示す。中央にある田の字状の四分割された検出器５４１はメイン光線を検出するものであり、メイン光線は８１１のスポットとして検出器５４１を照射する。サブ光線による反射光は、それぞれ２分割検出器５４２、５４３上に光スポット８１２、８１３として入射する。四分割検出器５４１からの信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、２分割検出器５４２からの信号をＥ、Ｆ及び２分割検出器５４３からの信号をＧ、Ｈとする。このとき、トラッキングエラー信号ＴＲは、ＴＲ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）−ｋ｛（Ｅ−Ｆ）＋（Ｇ−Ｈ）｝と表される。ここに、ｋは定数であり、メイン光線とサブ光線の強度比等から決められる。通常、メイン光線はサブ光線の強度と比較して１０倍以上大きくなるように設定されている。また、フォーカスエラー信号をＡＦ、データ信号をＲＦとしたとき、ＡＦ＝Ａ＋Ｃ−（Ｂ＋Ｄ）、ＲＦ＝Ａ＋Ｃ＋Ｂ＋Ｄのように表される。ＴＲ及びＡＦ信号はレーザ光の照射位置の制御に使用される。

多層ディスクにレーザ光を照射したとき、それぞれの層からの反射光量はほぼ同量になるように設計されている。このために対物レンズに近い層の透過率が大きくなっており、対物レンズから遠い層にもレーザ光が照射できるようになっている。このような条件下では、図３に示したように情報読出し対象層である５１１にレーザ光の焦点を合わせると、一部のレーザ光は光ビーム８２として当該層５１１を透過し、隣接層５１２で反射され、迷光である反射光ビーム８３となる。この反射光ビーム８３は対物レンズ４０１に戻り、検出レンズ４０２に入射した後、光検出器５１の手前で一旦集光され、光ビーム８０４で示したように広がりながら光検出器５１に入射する。光ビーム８０４は、光検出器面上では図５に示すように、広がった光スポット８４１になり、光検出器５４１、５４２、５４３を覆った状態となる。このため、ビーム８１１及び８１２、８１３と干渉することになる。この干渉は、層間隔の変動による光スポット８４１の位相の変化に影響され、変動する。

ビーム８１１の全光量であるＲＦ信号強度における変動はＲＦ信号のジッターの劣化を引き起こし、データ読み出し時のエラーレートを悪化させてしまう。また、ビーム８１２と８１３での干渉はＴＲ信号の変動を引き起こす。回折格子で分割されて生成されるサブ光線の強度は設計上小さく設定されているので、隣接層からのメイン光線の反射光のパワーデンシティと同程度となり、このため、干渉の効果が強く現れる。この干渉も光ディスクの傾きや層間隔などに影響され、不均一な層間隔のディスクの回転で光スポット８１２あるいは８１３の光量分布が変化する。この結果、ＴＲ信号の差動信号部分（Ｅ−Ｆ）＋（Ｇ−Ｈ）に影響を与えることになり、トラッキング信号のバランスを崩すことになる。これにより、トラッキングがはずれるような不具合が生じる。同様に、隣接層５１２が読出し対象層５１１の対物レンズ寄りにある場合も、隣接層から反射光が発生し、問題となる干渉が同様に生じる。

本発明の目的は、光ピックアップ装置を大型化させずに、多層光ディスクでのデータ信号やトラッキング信号へのクロストークを軽減することである。

上述の課題を解決するために、隣接層からの反射の影響を少なくする方法を用いる。

本発明の光ピックアップ装置は、レーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光を多層光情報記憶媒体の一つの記録層に集光する照射光集光光学系と、多層光情報記憶媒体の記録層から反射された反射光を検出する検出光学系とを有する。検出光学系は、記録層からの反射光を絞り込む反射光集光レンズと、反射光集光レンズによって絞り込まれた反射光中の目的とする記録層からの反射光の最小スポット位置に置かれた反射板と、反射光集光レンズと反射板の間に設置され当該層以外の隣接層からの反射光を減衰させる減衰素子と、反射光を検出する光検出器とを含み、反射板によって反射された反射光を前記光検出器上で検出する。

減衰素子は隣接層からの反射光の反射光集光レンズによる最小スポット位置の少なくとも1つと重なるように設置される。減衰素子はレーザ光を吸収する素子、レーザ光を乱反射する素子、レーザ光を回折する透過型あるいは反射型のグレーティング、反射光の偏光状態を変化させる素子などを用いることができる。

減衰素子は平板状とし、反射光集光レンズの光軸を含むように設置することができる。メイン光線と２本のサブ光線とからなる３ビーム系の場合、減衰素子は反射光集光レンズの光軸と前記２本のサブ光線の主光線を含むように設置される。減衰素子としてグレーティングを用いる場合、グレーティングの溝の方向が反射光集光レンズの光軸の方向と一致せず、グレーティング面が反射光集光レンズの光軸を含むように設置される。

本発明によると、光検出器への隣接層からの反射光の影響を少なくすることができるので、データ信号のジッターを小さくすることができ、読み出したデータの信頼性が向上する。３ビームを使用する場合は、サブ光検出器に入射する隣接層による反射光の光量を減少させることができ、干渉によるトラッキングエラー信号の変動を小さくすることができる。これにより、光ディスクを読み書きするとき、光スポットがトラックをはずれることがなくなる。

以下、本発明の光ピックアップ装置を実施するための実施の形態を、図を用いて説明する。

多層ディスクからの反射光を対物レンズで受け、これを図６に示すように反射光集光レンズ４０５で集光するものとする。当該層からの反射光を８１、対物レンズに対して遠い隣接層からの反射光を８４とする。当該層からの反射光８１の最小スポット位置を８１０としたとき、遠い隣接層からの反射光８４は反射光集光レンズ４０５に対して近い位置８４０で最小スポットを形成する。当該層からの反射光８１の最小スポット位置には反射板４３が設置されており、反射光８１は反射光集光レンズ４０５に戻り、検出器に向かう。一方、遠い隣接層からの反射光８４の集光位置８４０には減衰素子４４が置かれており、反射光８４に影響を与える。減衰素子４４は当該層からの反射光８１に対しては最小スポット位置ではないので、影響を及ぼす範囲が小さい。従って、大部分が反射板４３で反射されて、反射光集光レンズ４０５に戻る。

図７は、隣接層が当該層より対物レンズに近い場合の反射光の状態を示す。層間隔はぼぼ同じであるとすると、その隣接層からの反射光は反射光集光レンズ４０５により集光され、反射板４３により折り返された位置８５０で最小スポットとなる。図６の８４０と図７の８５０はほぼ同じ位置であるので、反射光８５は同一の減衰素子４４から大きい影響を受ける。当該層からの反射光８１は図６と同様なので大きい影響は受けない。

図６と図７における減衰素子としてレーザ光を吸収する材料あるいは遮光・散乱する材料を使用すれば、隣接層からの反射光を反射光集光レンズ４０５に戻らないようにすることができる。これにより、図５に示したような検出器上で隣接層からの反射光８４１をなくすることができ、メイン光線８１１、サブ光線８１２、８１３への干渉はなくなる。

図６と図７における減衰素子としてレーザ光の偏光状態を元の状態から直交する状態へ変える素子を使用すると、隣接層からの反射光８４と８５は減衰素子を透過するようになるが、偏光状態が当該層からの反射光の偏光状態と直交するようになる。従って、図５で示した検出器上ではメイン光線８１１及びサブ光線８１２、８１３と隣接層からの反射光による迷光８４１とは干渉を起こさないので、メイン光線８１１及びサブ光線８１２、８１３から形成される信号は層間隔の変化による干渉の影響を受けない。

減衰素子の形状を薄い平面状のものとしたとき、反射光集光レンズ４０５の光軸に対して垂直に設置する方法と、光軸を含む形で設置する方法がある。光軸に対して垂直に設置する場合は、一組の隣接層からの反射光に対して確実に影響を与え、遮光するかあるいは偏光状態を変える。この場合、平面の面積を大きくすると、当該層からの反射光８１にまで影響を与え始めるので、隣接層からの反射光のスポットサイズ程度に平面の範囲を限定する必要がある。一般的には、最隣接層からの反射光の影響が大きいので、光軸に垂直に設置する方法では最隣接層からの反射光の最小スポットサイズの位置に減衰素子を設置することになる。

次に、平面状の減衰素子を、光軸を含む形で設置する場合を図８に示す。減衰素子４５は紙面に対して垂直方向に広がり、反射光集光レンズ４０５の光軸を含んでいる。３層以上の多層ディスクでは対物レンズに近い隣接層と対物レンズに遠い隣接層が同時に存在する状況があるが、この図では当該層からの反射光と対物レンズに対して遠い隣接層からの反射光８４とが反射光集光レンズ４０５を透過している状態を表している。隣接層からの反射光は減衰素子４５の平面上に集光する。減衰素子は反射板４３に接していないので、当該層からの反射光８１は減衰素子の影響を受けない。図９は隣接層からの反射光が当該層より対物レンズに近い場合を示している。隣接層からの反射光８５は一旦反射板４３で反射された後、減衰素子面内の光軸上で最少スポットを作る。図８及び図９で示したように、隣接層からの反射光は減衰素子４５に集光されるので、減衰素子がレーザ光を吸収する材料であれば、隣接層からの反射光を減衰することが可能となる。

図８及び９の平面状減衰素子４５はレーザ光を散乱する材料を使用することも可能である。これにより、隣接層からの反射光は反射光集光レンズ４０５に戻らなくなり、検出器上での迷光とならない。また、図１０に示すように４６のグレーティングを使用することも可能である。このグレーティングは反射タイプあるいは透過タイプでもよい。グレーティングは、溝の方向が少なくとも反射光集光レンズの光軸と一致せず、グレーティング面が反射光集光レンズの光軸を含むように設置される。好ましくは、グレーティングの溝の方向は前記反射光集光レンズの光軸と直交する。グレーティングは表でも裏でも同様の回折効果を有するものを使用し、０次光を減少させることで、反射光集光レンズ４０５に戻る隣接層からの反射光を少なくする効果を有する。図１１は隣接層が当該層より対物レンズに近い場合を示しており、反射板４３で一旦反射された後、グレーティング４６で回折され、反射光集光レンズに戻らない方向に反射あるいは透過する。多層ディスクに照射されるビームがメイン光線と２本のサブ光線を含む３ビーム系の場合、グレーティングは、グレーティング面が反射光集光レンズの光軸及び２本のサブ光線の主光線を含むように設置される。

図１２では対物レンズからより遠方の隣接層からの反射光も除去できることを示している。８４と８６が当該層より遠い隣接層からの反射光である。この二つのうち反射光８６は反射光８４よりさらに遠い隣接層からの反射光である。反射光８６は反射光集光レンズ４０５により、反射光集光レンズ４０５により近いスポット位置８４１に最小スポットを形成する。平板状の減衰素子４５は光軸上でスポット位置８４１を含む大きさにすることは可能であり、より遠い隣接層からの反射光も減衰可能である。図１３では、反射光８５と８７が当該層より対物レンズに近い隣接層からの反射光である。この二つのうち反射光８７は反射光８５よりさらに対物レンズに近い層からの反射光である。反射光８７は反射板４３で反射され、最小スポット位置８５１で最小スポットとなる。最小スポット位置８５１は反射光８５の最小スポット位置８５０より反射光集光レンズ４０５により近くなるが、平板状の減衰素子４５は光軸上でスポット位置８４１を含む大きさにすることは可能であるので、反射光８７を平板状の減衰素子４５で減衰させることが可能である。以上説明したように、光軸上で広がった減衰素子を使用することで、隣接層が当該層の前後に多数あっても、それぞれの反射光による迷光を除去できる。

図８から図１３までの中で示した減衰素子は平板状であり、光軸上を含む形で設置されている。この平板の厚さは十分薄く、当該層からの反射光８１の最小スポット位置を含まないので、当該層からの反射光は減衰素子を照射しない。このため、当該層からの反射光は光軸上に設置された減衰素子からほとんど影響を受けず、また減衰素子による中心光量の減衰はないので、当該層からの反射光の光量変化によるデータ信号の品質劣化はほとんどない。

光ピックアップでは１ビーム系の光学系だけでなく、図４に示したように３ビームを使用する場合が多い。本発明は１ビーム系の光学系だけでなく、当然３ビーム系でも有効である。図１４及び図１５により、３ビームを使用する場合の減衰素子の設置方向について説明する。多層ディスクの当該層で反射された３ビームが反射光集光レンズ４０５で集光されている状態を図１４に示す。最小スポット位置に反射板４３が置かれており、８２１がメイン光線の集光位置、８２２及び８２３がサブ光線の集光位置である。反射光集光レンズと反射板の間に設置されている平板状の減衰素子４５は紙面と平行に設置され、かつ反射光集光レンズ４０５の光軸を含んでいる。また、減衰素子４５の平面を仮想的に延長した平面内に、それぞれの集光位置８２１、８２２、８２３が含まれているものとする。減衰素子４５と反射光集光レンズ４０５の光軸に垂直な面を８７としたとき、８７の面上での光量分布を図１５に示す。メイン光線の分布は８３１であり、中心が光軸と一致するが、サブ光線は主光線が傾いており、分布の中心がずれている。減衰素子４５は当該層からのメインとサブ光線に影響を与えないことが必要であり、このために光軸とサブ光線の主光線を含む平面内に減衰素子４５を設置する。この方向に設置した減衰素子４５はサブ光線と交差しないので影響を与えない。また、減衰素子４５の面積を十分大きくして、サブ光線の隣接層からの反射光の最小スポット位置を含むようにすれば、サブ光線の隣接層による迷光も除去可能となる。

図１６に減衰素子を透明物体で支持している状態を示す。二つの透明物体４７の間に平面状の減衰素子４５が密着状態で支持されている。減衰素子４５には例えばクロムやニッケルの金属薄膜を使用することが可能である。透明物体４７としては、使用するレーザ光を透過するガラス材料やプラスチック材料でよい。二つの透明物体４７の間はカナダバルサン等で処理し、密着部分での屈折率変化でレーザ光の反射が起きないようにしておく。透明物体４７は反射板４３上に設置されており、光ディスクからの反射光を反射板４３で反射する。図１６では反射板４３と透明物体４７が接しているが、両者間に間隙が存在してもよい。図１７は、図１６の透明物体４７で支持された減衰素子４５と反射光集光レンズ４０９とを使用した状態を表している。図中では、当該層からの３ビームの反射光のみを図示している。当該層からの反射光は、減衰素子４５と反射板４３の間隙を反射板４３で反射されて、影響を受けず反射光集光レンズ４０９に戻る。しかし、透明物体４７のレンズ側の面は平面であり、周囲と屈折率が異なるため、透明物体中を往復した当該層からの反射光には球面収差が入る。このため、反射光集光レンズ４０９には球面収差を補償する設計を行う。これにより、当該層からの反射光が、反射板４３で反射されて反射光集光レンズ４０９を出射したとき、収差のない平面波にすることができる。

透明物体に減衰素子を埋め込まないで、減衰素子の両端のみを固定する方式を図１８に示す。半円筒形の支持部材４９を二つ用いて減衰素子４５は固定されており、その二つの支持部材４９は反射板４３上に固定されている。図１９は、反射光集光レンズ４０５を用いて、多層ディスクからの反射光を反射板４３上に集光している状態を表している。図中では、当該層から反射された３ビームだけを表示している。３ビームは円筒状の内部の中空を通過するので、反射光集光レンズに戻りレンズを透過する波面に球面収差は発生しない。従って、この場合は反射光集光レンズ４０５の設計で球面収差補償を行う必要はない。

以上、反射板と減衰素子を使用する方式を説明したが、原理的には透過タイプでも隣接層からの反射光を除去することが可能である。図２０に示すように、多層ディスクからの反射光を反射光集光レンズ４１１で集光し、その焦点位置を８２４とする。平面状の減衰素子４５１と４５２は光軸を含む配置にし、減衰素子４５１は焦点位置８２４より手前の反射光集光レンズ４１１寄りの位置、減衰素子４１２は焦点位置８２４を越えてレンズ４１２寄りに設置する。当該層からの反射光は焦点位置を通り、減衰素子４５１、４５２に影響を受けずに透過することができる。一方、対物レンズから遠い位置にある隣接層からの反射光は、減衰素子４５１上に最小スポット位置があるため散乱あるいは吸収により、集光レンズ４１２に到達する光量が減少し、対物レンズに近い位置にある隣接層からの反射光も減衰素子４５２により減少する。結局、集光レンズ４１２の後方に配置した検出光学系で検出することで、隣接層からの層間クロストークが混入しないデータ信号や制御信号を得ることができる。集光レンズ４１２の焦点距離は必ずしも反射光集光レンズ４１１と同じである必要はなく、また非点収差を入れたものを使用して、直後に配置した光検出器で検出してもよい。

反射板と減衰素子を使用する場合、減衰素子をできるだけ反射板に近づけた方が隣接層からの反射光を効率よく除去できる。しかし、近づけすぎると当該層からの反射光を減少させるだけでなく、ＡＦ信号にも影響が出てくる。反射板と減衰素子の距離が狭すぎると、ＡＦ信号の検出範囲が設計より狭くなり、記録層に焦点を合わせるのに支障をきたす可能性がある。これを避けるためには、対物レンズと反射光集光レンズで決まる倍率をｍとし、フォーカスエラー信号の検出範囲をｃとしたとき、反射板と減衰素子の距離はｃ×ｍ²より大きい必要がある。また、反射板を使用しない透過タイプの場合は、減衰素子間の距離は２ｃ×ｍ²より大きい必要がある。

反射板と減衰素子の組み合わせで隣接層からの反射光を減衰させる方式では、１枚の減衰素子を使用することを前提としていたが、１ビームの光学系の場合は複数の減衰素子を使用することができ、隣接層からの反射光を効率よく除去できるようになる。図８あるは図９において、平面状の減衰素子４５は紙面にたいした垂直に設置されているが、たとえば、さらに同型状の減衰素子を光軸の回りに９０度回転したものを加え、隣接層からの反射光の減衰効率を上げることが可能である。

次に、実施例により本発明を拠り詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１による光ピックアップ装置の光学系を示す図である。半導体レーザ１０１から出射したレーザ光を、コリメータレンズ４０３と三角プリズム１０２により円形のコリメートされた光ビームに変換する。コリメートされたビームは回折格子１０３により３本のビームに分割され、１本のメイン光線と２本のサブ光線になる。メイン光線の進行方向は入射ビームと同じ方向であるが、サブ光線は光軸の両側にある傾きを持った出射光となる。通常、メイン光線とサブ光線の光量差は１０倍以上に設定される。３本のビームは偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、λ／４板１０５により円偏光に変換され、回転機構により回転する多層ディスク５０１に対物レンズ４０４で絞り込まれる。ここでは多層ディスク５０１として２層ディスクを図示しているが、本実施例は２層に限定されるものではなく、３層以上の多層ディスクにも適用可能である。読出し対象層（当該層）は５１１であり、レーザ光の最小スポットの位置が５１１上にある。隣接層５１２からも反射光８３が発生し、クロストークの原因である迷光となる。

多層ディスクからの反射光は迷光も含めて、対物レンズ４０４を戻り、λ／４板１０５により、元の偏光方向に対して直交する方向の直線偏光に変換される。このため偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、λ／４板１０６に向かい、円偏光に変換される。その後、反射光集光レンズ４０５で集光され、当該層である記録層５１１からの反射光の最小スポット位置に置かれた反射板４３で反射される。反射光集光レンズ４０５と反射板４３の間には平板状の減衰素子４５が光軸を含む形で設置されている。この減衰素子４５は光を乱反射する材料で作られており、隣接層５１２からの反射光を散乱する。反射板４３による当該層５１１からの反射光は集光レンズ４０５に戻り、λ／４板１０６により入射時の偏光方向に対して直交した偏光方向の直線偏光となり、ビームスプリッタ１０４を透過する。４０６は非点収差が入った集光レンズであり、最小錯乱円の位置に光検出器５２が置かれている。光検出器５２の感度のある部分の形状は図５で示した通りである。光検出器５２からの信号は信号処理回路５３で処理され、光スポットの位置を制御するＡＦ信号及びＴＲ信号、データ信号であるＲＦ信号が形成される。

図２１に、信号処理のための電子回路を示す。光検出器５４１及び５４２、５４３は図５で示したものと同様である。４分割検出器５４１はメイン光線を検出し、２分割検出器５４２、５４３はそれぞれサブ光線を検出する。５５１から５５５までが差動増幅器であり、５６１から５６６までが加算回路である。５８０はｋ倍の増幅器であり、ｋはメイン光線とサブ光線の強度比を勘案して決まる値である。各検出器からの信号はプリアンプで増幅された後、これらの電子回路で処理され、制御信号あるいはデータ信号となる。４分割検出器からの出力Ａ及びＢ、Ｃ、Ｄをすべてを加え合わせた信号は５７２であり、データ信号である。５７４は非点収差法によるＡＦ信号となる。５７３はメイン光線によるプッシュプル信号であり、５７１はサブ光線による副プッシュプル信号である。５７１の信号は増幅器５８０でｋ倍に増幅され、メイン光線によるプッシュプル信号５７３と共に差動増幅器５５５で処理され、ＴＲ信号５７５となる。

本実施例によると、層間隔の変動に伴ってトラッキングエラー信号が変動する現象を小さくすることができる。隣接層からのメイン光線の反射光とトラッキングのための当該層からのサブ光線の反射光とが干渉し、その位相差が層間隔によって変わるので、サブプッシュプル信号が変動するが、本発明により隣接層からの反射光の影響を小さくできるので、トラッキングエラー信号の変動が小さくなる。これにより、精度の高いレーザ光照射位置の制御が可能となり、読出し及び書込みのときのレーザ照射位置を正確に決められるので信号の品質が向上する。また、データ信号自体も隣接層からの反射光の混入が小さくなるので、エラーの少ないデータ信号を得ることができる。

本実施例では偏光光学系を用いたが、半導体レーザの最大出力に十分余裕がある場合は、偏光ビームスプリッタ１０４を通常のビームスプリッタに置き換え、λ／４板１０５、１０６を取り除いた光学系を使用することも可能である。

図２４に示した光学系は、図１に示した光学系における減衰素子４５を減衰素子４５３に置き換えたものである。減衰素子４５３は円盤状であり、円盤平面に対して光軸が垂直になる構成をとっている。減衰素子４５３の光軸上の位置は隣接層からの反射光が最小スポットとなる位置であり、隣接層からの反射光を遮光する。円盤の大きさは隣接層からの反射光の最小スポットを覆う程度であり、当該層からの反射光を大きく遮光しない設計となっている。

図２は、本発明の実施例２による光ピックアップ装置の光学系を示す図である。本実施例では、回折格子１０３と偏光ビームスプリッタ１０４がコリメータレンズ４０７より半導体レーザ１０１側に設置されている。従って、半導体レーザ１０１から出射したレーザ光は発散光の状態で偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、その後コリメータレンズ４０７でコリメートされ、λ／４板１０５に入射する。実施例１では回折格子１０３と偏光ビームスプリッタ１０４がコリメータレンズ４０３と対物レンズ４０４の間に設置されていたため、集光レンズ４０５が必要であったが、実施例２では図２に示すように、多層ディスク５０１の読出し対象層５１１から反射された光ビームはコリメータレンズ４０７を通ると収束光になるため、集光レンズが必要ないので、部品点数を削減できる効果がある。

図２２は、本発明の実施例３による光ピックアップ装置の光学系を示す図である。光ディスク５０１からの反射光は偏光ビームスプリッタ１０４で反射された後、λ／４板１０６を透過し円偏光となり、反射板４３で反射される。隣接層５１２からの反射光は減衰素子４６により取り除かれる。反射板４３には光検出器５２が、光軸からはずれたところに設置されているが、偏光ビームスプリッタ１０４で反射された光ディスクからの反射光を直接検出するためのものではない。反射板４３で反射された当該層５１１からの反射光はλ／４板１０６を通過することで、偏光方向が入射時とは９０度異なるものとなっているので、偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、凹面鏡４８で反射される。凹面鏡の光軸は光検出器５２の方向に傾いており、反射光は光検出器５２で検出される。ＡＦ信号を得るために非点収差法を用いるので、凹面鏡４８には非点収差が入っている。光検出器５２で検出された光による信号は信号処理回路５３で処理され、光スポットの位置を制御するＡＦ信号及びＴＲ信号、データ信号であるＲＦ信号が形成される。本実施例では凹面鏡４８を用いることで、光検出器への光路を反射板４３への光路と共用でき、反射板４３上に光検出器を置くことができる。これにより、偏光ビームスプリッタ１０４より上部の光学系がなくなるので、装置を小型化する効果がある。

なお、上記各実施例には減衰素子としてそれぞれ１種類の素子を示したが、どの実施例においても、減衰素子としてはレーザ光を吸収する材料、遮光・散乱する材料、レーザ光の偏光状態を変化させる材料、グレーティングのいずれをも用いることができる。

ＳＰＰの変動を減少させることが可能な光ディスクドライブ装置の実施例を図２３に示す。７１１から７１４までの回路はデータを多層光ディスク５０１に記録するためのものである。誤り訂正用符号化回路７１１では、データに誤り訂正符号が付加される。記録符号化回路７１２は、１−７ＰＰ方式でデータを変調する。記録補償回路７１３は、マーク長に適した書込みのためのパルスを発生する。発生したパルス列に基づき、半導体レーザ駆動回路７１４により、光ピックアップ６０内の半導体レーザを駆動し、対物レンズから出射したレーザ光８０を変調する。モータ５０２によって回転駆動される光ディスク５０１上には相変化膜が形成されており、レーザ光で熱せられ、急冷されるとアモルファス状態になり、徐冷されると結晶状態になる。これらの二つの状態は反射率が異なり、マークを形成することができる。書き込み状態では、レーザ光のコヒーレンシーを低下させる高周波重畳を行わないため、隣接層からの反射光と当該層からの反射光は干渉しやすい状態になっている。このため、ＳＰＰの変動を低減するための対策を行わない場合は、トラッキングがはずれたり、隣接トラックのデータを消したりする不具合が生じる。本実施例では、光ピックアップ６０には実施例１〜３で示された光ピックアップのいずれかが採用されており、多層ディスクにおいてもトラッキングの不具合は生じない。

７２１から７２６の回路はデータの読み出しのためのものである。イコライザー７２１は、最短マーク長付近の信号雑音比を改善する。この信号はＰＬＬ回路７２２に入力され、クロックが抽出される。また、イコライザーで処理されたデータ信号は抽出されたクロックのタイミングでＡ−Ｄ変換器７２３でデジタル化される。ＰＲＭＬ（Pertial Response Maximum Likelyhood）信号処理回路７２４では、ビタビ復号を行う。記録復号化回路７２５では１−７ＰＰ方式の変調規則に基づき復号化し、誤り訂正回路７２６でデータを復元する。

本発明により、光ピックアップ装置において多層光ディスクを読み出すときに発生する隣接層からの反射光の影響を低減することができる。多層光ディスクを読み出すときあるいは書き込むとき、光ディスクに対してレーザ光のトラッキング位置の制御を誤差信号により正確に行う必要がある。隣接層からの反射光があると、干渉効果による誤差信号の変動のためにトラッキング位置に狂いが生じ、データ信号を精度よく読み出したり、あるいは書き込み位置を精度よく定めることができなくなる。本発明では、これらの不具合をなくすることができる。さらに、データ信号自体に混入する隣接層からの反射光によるクロストークを低減できるので、データ信号の品質を向上することができる。

本発明による光ピックアップ装置の光学系の一例を示す図。 本発明による光ピックアップ装置の光学系の一例を示す図。 隣接層からの反射光の影響を示す図。 １本のメイン光線と２本のサブ光線が溝付き記録面を照射している状態を示す図。 光検出器の形状と光ディスクからの反射光の光スポットの位置と広がりを示す図。 反射光集光レンズで光ディスクからの当該層からの反射光と遠い隣接層からの反射光とを絞り込んだ状態と減衰素子、反射板との関係を示す図。 反射光集光レンズで光ディスクからの当該層からの反射光と近い隣接層からの反射光とを絞り込んだ状態と減衰素子、反射板との関係を示す図。 光軸上に置かれた平板状の減衰素子で遠い隣接層からの反射光を除去し、当該層からの反射光には影響を与えないことを示す図。 光軸上に置かれた平板状の減衰素子で近い隣接層からの反射光を除去し、当該層からの反射光には影響を与えないことを示す図。 光軸上に置かれた平板グレーティングの減衰素子で遠い隣接層からの反射光を除去し、当該層からの反射光には影響を与えないことを示す図。 光軸上に置かれた平板グレーティングの減衰素子で近い隣接層からの反射光を除去し、当該層からの反射光には影響を与えないことを示す図。 光軸上に置かれた平板状減衰素子でさらに遠い隣接層からの反射光も除去し、当該層からの反射光には影響を与えないことを示す図。 光軸上に置かれた平板状減衰素子でさらに近い隣接層からの反射光も除去し、当該層からの反射光には影響を与えないことを示す図。 ３ビームを使用する場合の平板状減衰素子の設置方向を示す図。 ３ビームの当該層からの反射光の光量分布と平板状減衰素子との位置関係を示す図。 反射板上の透明物体で支持された平板状減衰素子の概略図。 反射板上に支持された平板状減衰素子と反射光集光レンズとを使用して３ビームの当該層からの反射光を取り出し、隣接層からの反射光を除去する方式を示す図。 平板状減衰素子の両端を支持する方式を示す図。 反射板上に支持された平板状減衰素子と反射光集光レンズとを使用して、隣接層からの反射光を除去し、３ビームの当該層からの反射光のみを取り出す方式を示す図。 反射板を使用せずに二枚の平板状減衰素子と二枚の集光レンズと使用して、隣接層からの反射光を除去する透過光方式を示す図。 信号処理回路の概略を示す図。 本発明による光ピックアップ装置の光学系の一例を示す図。 本発明による光ディスクドライブ装置の概略図。 本発明による光ピックアップ装置の光学系の一例を示す図。

符号の説明

４３：反射板、４４：減衰素子、４５：平板状減衰素子、４６：グレーティング状減衰素子、４７：透明物体、４８：非点収差入り凹面鏡、４９：支持部材、５２：検出器、５３：信号処理回路、１０１：半導体レーザ、１０３：回折格子、１０４：偏光ビームスプリッタ、１０５：λ／４板、１０６：λ／４板、４０４：対物レンズ、４０５：反射光集光レンズ、４０６：非点収差入り集光レンズ、５０１：多層ディスク、５４１：四分割検出器、５４２：２分割検出器、５４３：２分割検出器、８１：当該層からの反射光：８１１：メイン光線スポット、８１２：サブ光線スポット、８１３：サブ光線スポット、８４１：隣接層からのメイン光線の光スポット

Claims (16)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を多層光情報記憶媒体の一つの記録層に集光する照射光集光光学系と、
   前記多層光情報記憶媒体の前記記録層から反射された反射光を検出する検出光学系とを有し、
   前記検出光学系は、前記記録層からの反射光を絞り込む反射光集光レンズと、前記反射光集光レンズによって絞り込まれた前記反射光中の当該記録層からの反射光の最小スポット位置に置かれた反射板と、前記反射光集光レンズと前記反射板の間に設置され当該層以外の隣接層からの反射光を減衰させる減衰素子と、前記反射光を検出する光検出器とを含み、
   前記反射板によって反射された反射光を前記光検出器上で検出することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記減衰素子は前記隣接層からの反射光の前記反射光集光レンズによる最小スポット位置の少なくとも1つと重なるように設置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記照射光集光光学系は前記レーザ光源からのレーザ光をメイン光線と２本のサブ光線に分割する機能を有し、前記減衰素子は前記隣接層からの反射光の前記反射光集光レンズによる最小スポット位置の少なくとも１つと重なるように配置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記減衰素子は前記レーザ光を吸収することを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項２に記載の光ピックアップ装置において、前記減衰素子は平板状であり、前記反射光集光レンズの光軸を含むように設置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 請求項３に記載の光ピックアップ装置において、前記減衰素子は平板状であり、前記反射光集光レンズの光軸と前記２本のサブ光線の主光線を含むように設置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
7. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記減衰素子は前記レーザ光を乱反射することを特徴とする光ピックアップ装置。
8. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記減衰素子は透過型あるいは反射型のグレーティングであり、グレーティングの溝の方向が前記反射光集光レンズの光軸の方向と一致せず、グレーティング面が前記反射光集光レンズの光軸を含むように設置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
9. 請求項８に記載の光ピックアップ装置において、前記グレーティングの溝の方向は前記反射光集光レンズの光軸と直交することを特徴とする光ピックアップ装置。
10. 請求項３に記載の光ピックアップ装置において、前記減衰素子は透過型あるいは反射型のグレーティングであり、グレーティングの溝の方向が前記反射光集光レンズの光軸の方向と一致せず、グレーティング面が前記反射光集光レンズの光軸及び前記２本のサブ光線の主光線を含むように設置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
11. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記減衰素子は前記隣接層からの反射光の最小スポット位置と重なるように設置され、前記減衰素子は前記隣接層からの反射光の偏光状態を変化させることを特徴とする光ピックアップ装置。
12. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記照射光集光光学系の光路中にビームスプリッタが設けられ、前記照射光集光光学系と前記検出光学系は前記ビームスプリッタと前記記録層との間で光路を共有することを特徴とする光ピックアップ装置。
13. 請求項１２に記載の光ピックアップ装置において、前記照射光集光光学系は、前記レーザ光源からのレーザ光を発散光として前記ビームスプリッタを通過させることを特徴とする光ピックアップ装置。
14. 請求項１２に記載の光ピックアップ装置において、前記ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであることを特徴とする光ピックアップ装置。
15. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記減衰素子は透明物体に挟まれて支持されることを特徴とする光ピックアップ装置。
16. 請求項１５に記載の光ピックアップ装置において、前記検出光学系は前記減衰素子を挟む透明物体で発生する光学収差を補償する機能を有することを特徴とする光ピックアップ装置。

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