JP5070140B2

JP5070140B2 - 光ピックアップ装置

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Publication number: JP5070140B2
Application number: JP2008154809A
Authority: JP
Inventors: 茂治木村
Original assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
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Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
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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開発され、その市場に占める割合は増加しつつある。現状で達成されている記録密度をさらに増加させる方式として、使用波長の短波長化が考えられるが、この青紫色より短い紫外領域の半導体レーザの開発は困難が予想される。また、対物レンズの高ＮＡ化に関しても、空気中での対物レンズのＮＡの限界は１であるので、対物レンズのＮＡ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すと、焦点位置の表面からの距離が異なるため、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難しい。従って、多層全体の厚さは制限されることになり、層数の多い多層光ディスクでは層間隔は狭くなってしまう。このため、実際の光ドライブ装置では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が光軸上で異なることを利用する。プラス１／４波長板とマイナス１／４波長板で構成される分割波長板を2枚使用し、分割方向を揃え前後に配置する。目的の層から反射光の集光位置が両分割波長板の間に来るように配置している。一方、迷光となる目的の層以外からの反射光の集光位置は両分割波長板で挟まれた領域の外に来るようになっている。このような配置をとることにより、目的とする層からの反射光とそれ以外の層からの反射光の偏向方向を両波長板の透過後に異なるようにすることができる。目的の層からの反射光のみを取り出すためには、両波長板の後に検光子を設置すればよい。これにより他層からのクロストークを軽減することができる。特許文献２では、３分割された分割波長板を２枚使用し、他層からの反射光を除去する。この方式はトラッキングエラー信号を得るために３ビームを使用する差動プッシュプル方式に適している。しかし、いずれの方式も光ディスクからの反射光を一旦分割波長板へ集光し、集光前のビームの形状に戻す操作を行うので、新たに付加するレンズが必要になり装置の大型化が避けられない。

特開2006-344344号広報特開2007-310926号広報 Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42 (2003)pp.956-960

本発明の目的は、光ディスクドライブ装置を大型化させずに、多層ディスクでのクロストークを軽減することである。

図２に一般的な光ピックアップ装置の光学系の概略を示す。半導体レーザ１０１から出射したレーザ光をコリメートレンズ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偏光性ビームスプリッタ１０３を透過し、λ／４板１０４により円偏光に変換され、対物レンズ４０４により多層ディスク５０１に絞り込まれる。読出し対象層は５１１であり、レーザ光の最小スポットの位置が５１１上にある。５１２は当該層５１１に対する他の記録層である。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１０４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１０３で反射され検出レンズ系４０６に向かう。非点収差法を使用した場合は、検出レンズ系４０６には集光レンズの他にシリンダーレンズが含まれることになり、検出レンズ系に非点収差が導入される。検出レンズ系４０６を透過した光は検出器５２で検出される。検出器の形状は、非点収差法を使用した場合には４分割検出器が用いられ、対物レンズの焦点位置をコントロールするためのフォーカスエラー信号や回転する光ディスクの円周方向の情報列に追従するためのトラッキングエラー信号が電気回路５３で作られる。対物レンズ４０４の制御はアクチュエータを通じて行われる。

図３を用いて、光ピックアップの検出光学系において発生する多層光ディスクによるクロストークを説明する。ここでは単純化のために、５０１は2層の光ディスクとし、５１１及び５１２を情報記録層とする。対物レンズ４０１からのレーザ光の最小ビームスポット位置はレーザビーム８０で示すように５１１の記録層上にあり、記録層５１１からの情報を読み出しているものとする。記録層５１１からの反射光は目的とするものであり、入射光と同じ光路を辿って対物レンズ４０１に戻り、検出レンズ４０２を透過した後、光ビーム８１となり検出器５１に入射する。検出器からの電気信号は、信号処理回路６３で処理され、レーザ光の照射位置の制御や、データ信号として使用される。

多層ディスクは各層にレーザ光の焦点を当てたとき、それぞれの反射光量はほぼ同量になるように設計されている。このため対物レンズに近い層ほど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、情報の読出しを目的とする層である５１１にレーザ光の焦点を合わせたとき、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で反射される。これが反射光ビーム８３であり、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８４で示したように広がりながら検出器５１に入射する。光ビーム８４は検出器５１の上で光ビーム８１と重なり合うため干渉効果により、光ビーム８１だけ入射した場合とは異なる強度分布が生じる。この強度分布は、光ディスクの傾きや層間隔などにより変化するため、差分をとるトラッキングエラー信号などのバランスを崩し、トラッキングが外れる不具合を生ずる。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、同様に干渉が問題となる。

上述の干渉の問題を解決するために、図４で示す光ピックアップ光学系が考案されている。この光学系は分割波長板で他層からの迷光を除去する光学系が付加されている。半導体レーザ１０１から出射したレーザ光をコリメートレンズ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偏光ビームスプリッタ１０３を透過し、λ／４板１０４により円偏光に変換され、対物レンズ４０４により多層ディスク５０１（ここでは２層ディスクを図示）に絞り込まれる。読出し対象層は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１０４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、λ／４板１０４を通過した反射光８３は偏光性ビームスプリッタ１０３で反射され集光レンズ４０５に向かう。

７０は光学軸方向を所定の方向に設定した分割波長板、４３は反射鏡である。分割波長板７０を出射した読出し対象層からの反射光の偏光方向は、当該分割波長板７０により直交方向に変換されるが、隣接層からの反射光の偏光方向は変化されない。集光レンズ４０５に戻った反射光のうち、隣接層からのものは偏光方向が変化していないので、偏光ビームスプリッタ１０３で反射される。他方、読出し対象層からの反射光は偏光方向が９０度回転しているので、偏光ビームスプリッタ１０３を透過する。したがって、検出レンズ４０６を透過するのは読出し対象層からの反射光のみである。検出レンズ４０６を透過した光は検出器５２で検出される。検出器の形状は、非点収差法を使用した場合には４分割検出器が用いられ、対物レンズの焦点位置をコントロールのためのフォーカスエラー信号や回転する光ディスクの円周方向の情報列に追従するためのトラッキングエラー信号が電気回路５３で作られ、対物レンズ４０４の位置制御ためのアクチュエータを駆動する。

図２の光学系はクロストーク対策のない光ピックアップであり、図４の光学系はクロストーク対策を施している。両者の図を比較すれば明らかなように、図４では偏光ビームスプリッタの下部に光路が増設され、集光レンズ４０５と分割波長板７０、反射板４３が新規に付加されている。このため、クロストーク対策の光学系の分、光ピックアップは大きくなってしまう。

本発明においては、非点収差法を用いてフォーカス検出を行う検出光学系を備えた光ピックアップ装置において、非点収差導入用レンズ系の後焦線位置に分割波長板を用いたクロストーク除去手段を配置することにより、上述の課題を解決する。

本発明においては、検出器と、その直前の非点収差用レンズの間に第１の分割波長板と第２の分割波長板、および検光子を設置するので、光路を変える必要がなく、従って光ピックアップの大型化を避けることができる。よって、小型化が容易な光ピックアップ装置を実現することができる。また、本発明によれば、多層ディスクの記録再生動作を行った際のクロストークも低減される。

また、本発明の別な側面によれば、当該層からの反射光の偏光方向と他層からの反射光の偏光方向が直交するようにできるので、他層からの反射光を除去できる。これにより、データ信号自体にも他層からの反射光が入らないので、エラーの少ないデータ信号を得ることができる。また、トラッキングエラー信号、フォーカス信号に迷光が混入しなくなるので、精度の高いレーザ光照射位置の制御が可能となる。これにより、読出しのとき及び書込みのときのレーザ照射位置が正確に決められるので信号の品質が向上する。本発明は、従来の光ピックアップの光路を変える必要がないので、ピックアップの小型化を妨げることがない。

以下、本発明が適用される光ピックアップ装置ないし光ディスクドライブ装置の原理構成について図を用いて説明する。

図５には、非点収差光学系での光線の状態を示す。４０２は非点収差の導入されたレンズ系であり、単一のレンズによっても複数のレンズによっても構成することができる。非点収差が導入されたレンズ系を光が通過すると、通過した光が形成する光スポットの形状は真円から楕円形状に歪み、焦線となる。さらに進むと、円形となり、次に再び焦線となる。本実施例では、非点収差により形成される焦線のうち、非点収差導入用レンズ系に近い焦線の方向を、便宜上「非点収差の方向」と称する。

図５においては、非点収差の方向は紙面に対して垂直になっているものとする。非点収差の方向が紙面奥行き方向であるため、非点収差レンズ系４０２を通過した光束の光軸方向の断面形状は長軸方向が紙面に対して垂直な楕円形状となる。ビームの状態を紙面前面から描いたのが８１２、紙面側方から描いたのが８１３であり、ビームの後焦線は面５２１上に、最小錯乱円は面５２２上に、前焦線は面５２３上にそれぞれ形成される。ここで、前焦線はレンズ系から遠いほうの焦線を指し、後焦線はレンズ系に近い焦線を指すものとする。後焦線は紙面に垂直であり、面５２１上で細くなり、前焦線は面５２３上で紙面に平行になっている。非点収差法を実現するためには、最小錯乱円の位置すなわち面５２２の位置に分割検出器を設置し、光ディスクからの反射光を検出することになる。

図６においては非点収差光学系の最小錯乱円の位置５２２に検出器５３の感度面を設置した。５２１の位置が当該層からの反射光の後焦線のあるところであり、焦線の方向は紙面に対して垂直である。ここで後焦線と光軸を含む紙面に垂直な平面を考える。この面より左半分で非点収差レンズ系４０２に入射した光は後焦線を通過した後、この平面より右半分を通過する。同様に非点収差レンズ系４０２の右半分を通過した光は後焦線を通過した後、この平面の左半分を通過する。光線８１４は当該層より深い位置にある隣接層からの反射光を示しており、非点収差レンズ系４０２を通過後、８１５で示すように、非点収差レンズ系４０２寄りの位置で後焦線５４を形成する。ここで、"深い位置"とは、多層ディスクを構成するある層に対して、当該多層ディスクに対向配置される光ピックアップの光学系とは逆の方向に遠いことを意味する。図６においては、光ピックアップ光学系から見て、当該層より遠く、すなわち深い位置にあり、最も当該層に近くなる隣接層による反射光の後焦線が５４に形成される場合を想定している。多層ディスクではすべての層間隔が同じであるとは限らないので、光ピックアップ装置の光学系の設計においては、多層ディスクを構成する複数の記録層のうち、隣接記録層との間隔が最も小さくなるような記録層に着目して、この記録層と隣接記録層との距離に合わせて非点収差レンズ系４０２の強さや検出器と非点収差レンズ系４０２の間隔などの条件を設定する。これにより、他の隣接層からの後焦線が５４の位置よりさらに後焦線５２１に近づくことはなくなる。

ここで第１の分割波長板７１を後焦線５４と当該層からの反射光の後焦線を含む面５２１の間に設置し、面５２１と面５２２の間に第２の分割波長板７２を設置する。さらに、第２の分割波長板７２と面５２２の間に検光子７３を設置する。分割波長板の分割線は後焦線と同じ方向とする。第１の分割波長板と第２の分割波長板、検光子７３の組み合わせにより当該層以外の層からの反射光を遮光し、当該層からの反射光だけを検出器５３に到達させることが可能になる。ここに、分割波長板とは光学特性の異なる二つの波長板が直線を介して接しており、両者が偏光に対して異なる光学作用を示す光学素子をいう。

図６に示す光学系における分割波長板の作用について、分割波長板にλ／２板を用いた例により説明する。レンズ系４０２に入射する反射光の偏光方向を図６において水平方向（横方向）とする。当該層からの反射光８１１はレンズ系４０２を透過後、図７に示した第１の分割波長板を照射する。第１の分割波長板７１はλ／２板７１１と偏光状態を変えない無偏光部分７１２から構成され、分割方向は後焦線の方向と略一致している。レンズ系４０２には非点収差が入っているので、第１の分割波長板上におけるビームスポット形状は楕円状となる。ここで、光学系の光軸は、ビームスポットが第１の分割波長板の分割線（領域７１１と７１２の境界線）を跨いで領域７１１，７１２の両方を透過するように調整される。以降で述べる第２の分割波長板に対しても同様である。

レンズ系４０２の左側を照射した光は第１の分割波長板７１の無偏光領域７１２を半楕円形８１１２の形状で照射するが、透過後の偏光方向は変化しない。図７の無偏光領域の下方に示した６１の矢印は偏光方向を表し、矢印６１の偏光方向はレンズ系４０２への入射光の偏光方向と同等の方向を表している。レンズ系４０２の右側を照射した光はλ／２板７１１を半楕円形８１１１のビーム形状で照射する。λ／２板の光学軸は図７の紙面上で６１の横方向の偏光を縦方向に変えるように設定されているので、半楕円形８１１１のビーム形状の光の偏光方向は偏光板７１１の透過後、矢印６２で示した方向に変換される
。第１の分割波長板を透過した当該層からの反射光は後焦線を通過した後、図８の第２の分割波長板７２を照射する。図７での半楕円ビーム８１１１は焦線を通過するので、第２の分割波長板７２上では８１１３の半楕円状のビームになり、左側に現れ、偏光状態は６１に戻る。一方、図７の８１１２で示された半楕円ビームは図８の第２の分割波長板上では右側に現れ、８１１４の半楕円形のビームになる。７２１は無偏光領域とするので、８１１４で表されるビームが７２１の領域を透過した後も、偏光方向は６１で表される偏光方向であり、変化しない。まとめると、当該層からの反射光の偏光方向は第１および第２の分割波長板を透過した後も変化しない。

次に隣接層からの反射光の偏光方向について述べる。図６における８１４は当該層より深く層間隔が最も狭い隣接層からの反射光であり、当該層からの反射光の後焦線よりレンズ系４０２に近い５４の位置で後焦線を形成する。さらに深い層からの反射光は５４よりレンズ系４０２にさらに近い位置に後焦線を形成し、第１の分割波長板７１に焦線が近づくことはない。また、当該層より浅い層からの反射光の後焦線の位置は当該層からの反射光の最小錯乱円の位置５２２を越えた位置にある。これらのことより、当該層以外の層からの反射光の後焦点位置は第１の分割波長板７１と第２の分割波長板７２の間に入らないようになっている。このため、第１の分割波長板と第２の分割波長板の間で光線が光軸と後焦線を含む面を横切ることはない。すなわち、第１分割波長板の左右それぞれの領域に入射したビームはそれぞれそのまま第２の分割波長板の左右の領域に入射することになる
。説明は当該層より深く層間隔が最も狭い隣接層からの反射光を用いて説明するが、他の層からの反射光も第１の分割波長板７１と第２の波長板７２から同様な作用を受ける。図９の７１および図１０の７２は第１の分割波長板および第２の分割波長板であり、それぞれ図７および図８に示したものと同一のものである。第１の分割波長板７１の右の領域はλ／２板７１１であり、半楕円領域８１４１の光の偏光方向は６２の偏光方向へ回転する
。この部分の光は図１０の第２の分割波長板では８１４４の半楕円形の照射領域になるが
、この領域７２１は無偏光領域となっているので、偏光方向は変化しない。したがって、第２の分割波長板透過後の偏光方向は６２で示す縦方向になる。一方、図９の第１の波長板７１の左側に入射する８１４２のビームの偏光方向は７１２が無偏光領域であるため横方向の偏光状態６１が継続する。このビームは図１０の第２の分割波長板７２の７２２のλ／２板に８１４３の半楕円形の状態で入射し、偏光方向が６２で示す縦方向になる。まとめると、当該層以外からの反射光の偏光方向は第１および第２の分割波長板を透過した後、９０度回転し縦方向となる。

第２の分割波長板７２のあとには、検光子７３が設置されている。この検光子の役目は当該層からの反射光のみを検出器５３に透過させることである。当該層からの反射光の偏光方向は横方向であり、当該相違外からの反射光の偏光方向は縦方向であるので、横方向の偏光を透過させるように検光子を設定すれば、当該層からの反射光だけを検出器で検出できるようになり、他層からの反射光の影響を低減させることができる。

第２の分割波長板を左右反転させた場合は、当該層からの反射光の偏光方向は縦方向になり、他層からの反射光は横方向になる。したがって、検光子は縦方向の偏光が通過できるように設定すれば、当該層からの反射光だけを光検出器に導くことができる。当該層からの反射光の第１の分割波長板７１を透過後の偏光方向は図７に既に表されている。この偏光方向が図１１の第２の波長板７２に入射する。図７の８１１１で表されるビームは図１１では８１１５のビームになり偏光方向は縦方向の状態で変化しない。また、図７の８１１２で表されるビームは図１１の８１１６のビームになり偏光方向が縦方向に変化する。したがって、当該層からの反射光の偏光方向は縦方向になる。当該層以外からの反射光は、第１の分割波長板からの出射光の偏光方向は図９に示したとおりであり、この偏光方向の光が図１２で示す第２の分割波長板に入射する。図９の８１４２のビームは図１２の８１４６のビームになり、図９の８１４１のビームは図１１の８１４５のビームになる。８１４６のビームは偏光方向が変わらず横方向であり、８１４５のビームは偏光方向が９０度回転し、横方向になる。したがって、全体として当該層以外からの反射光の偏光方向は横方向になる。これらより、図の検光子７３として縦の偏光方向を透過させるものを使用すると、当該層からの反射光だけを検出器で検出できるようになる。

表１に可能な第１の分割波長板と第２の分割波長板、検光子の組み合わせを示す。合わ
せて、他層からと当該層からの反射光の第２の分割波長板透過後の偏光方向を示す。１）
と２）はλ／２板を使用する方法であり、すでに作用を説明した。３）と４）はλ／４板
を使用する方法であり、当該層と他層の通過領域の違いにより両者の偏光方向を異ならせ
ることができる。＋λ／４板および−λ／４板は横方向の直線偏光が透過後、それぞれ右
円偏光、左円偏光に変換されるものとする。３）において、当該層からの反射光は第１の
分割波長板の右の＋λ／４板を透過した後は右円偏光となり、次に第２の分割波長板の左
側の−λ／４板を通過するので偏光状態は元に戻り、横方向の直線偏光になる。第１の分
割波長板の左を通過した光の偏光状態は左円偏光となり、次に第２の分割波長板の右の＋
λ／４板を通過して、もとの横方向の直線偏光に戻る。まとめると、当該層からの反射光
の偏光方向は、第２の分割波長板を通過後、横方向の直線偏光となる。他層からの反射光
は第１の分割波長板の右の＋λ／４板を透過した後は右円偏光となり、次に第２の分割波
長板の右側の＋λ／４板を通過して、縦方向の直線偏光となる。また、第１の分割波長板
の左を通過した光の偏光状態は左円偏光となり、次に第２の分割波長板の左の−λ／４板
を通過するので、縦方向の直線偏光になる。したがって、横方向の直線偏光を透過させる
検光子を設置することにより、当該層からの反射光だけを検出器に透過させることが可能
となる。４）においては、第１の分割波長板と第２の分割波長板の左右のλ／４板の配置
は反転しており、第２の分割波長板を透過した後、他層からの反射光の偏光状態は横方向
の直線偏光になり、当該層からの反射光の偏光状態は縦方向の直線偏光になる。この場合
の検光子は縦方向の直線偏光を透過させるように設定され、当該層からの反射光のみが検
出器に到達する。

第１の分割波長板の左右の波長板は互いに直交状態にある偏光状態に直線偏光状態の光を変換する役割をもつ。第２の分割波長板は第１の波長板と同じ作用のものでも、反転したものでも使用可能である。他層からの反射光の偏光方向と当該層からの反射光の偏光方向は互いに直交するので、検光子を当該層からの反射光の偏光方向に合わせることで、他層からのクロストークを除去できるようになる。上記の説明ではレンズ系４０２への入射光の偏光状態を横方向の直線偏光としたが、縦方向とした場合は表１の縦横が入れ替わるだけで、クロストーク除去の効果は変らない。また、１）から４）のすべてにおいて第１の分割波長板と第２の分割波長板の左右を入れ替えても、当該層及び他層からの反射光の第２の分割波長板透過後の偏光状態に変化はなく、効果が変らないことは云うまでもない。

以上まとめると、第１の分割波長板と第２の分割波長板を使用することで、当該層からの反射光に対して他層からの反射光の偏光方向を直交させることができる。したがって、検光子により他層からの反射光を遮断しかつ当該層からの反射光を透過させることにより、他層からのクロストークを低減することができる。

非点収差方式では、トラッキングエラー信号を得るのに、差動プッシュプル方式（DPP法）をとる場合が多い。その理由はトラッキングを行うために対物レンズを光ディスクの半径方向に変位させる必要があり、このときプッシュプル方式では、変位が大きいと信号のDC成分が大きくなり、正確なトラッキングが困難になる欠点がある。差動プッシュプル方式ではこのDC成分を相殺できる長所を有する。DPP法では３本のビームを使用するが、それぞれのビームにおいて、第１の分割波長板を当該層からの反射光の後焦線位置と当該層より深い位置にある最も層間隔の狭い隣接層で反射された反射光の後焦線位置の間に設置し、第２の分割波長板を当該層からの反射光の後焦線位置と検出器の間に設置し、検光子を第２の分割波長板と検出器の間に設置することで他層からの反射光を検光子により除去できる。

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２本のサブ光線に分割して光ディスクを照射する。図１３はディスクの一部分を示しており、記録層５１１上に多数の案内溝が並んでいる。対物レンズにより３本のビームが当該層である情報記録層５１１上に最小スポットで照射している。メイン光線による光スポットは９４であり、情報の存在する溝を照射している。サブ光線のスポットは９５、９６であり、半トラックピッチだけずれた位置を照射する。照射光の焦点は当該層である記録層５１１に合っており、その反射光は入射光と同じ光路を逆方向に辿って検出系に向かう。検出系では３本のビームが図１４に示すように非点収差レンズ系４０２で絞られる。メイン光線が８１６、サブ光線が８１７および８１８である。メイン光線は光学系の光軸上にあるが、サブ光線の主光線は光軸に対してある角度をもっている。３本のビームの後焦線位置は同じ面５２１上にあり、また３本のビームの最小錯乱円の位置も面５２２上にある。この最小錯乱円の位置に検出器５３０の感度面をおいて、それぞれのビームを検出する。第１の複合分割波長板７１０は後焦線のある面５１２より非点収差レンズ系４０２に近い位置で、なおかつ当該層より深い位置にある層間隔が最小の隣接層からの反射光の後焦線より検出器側に設置する。第２の複合分割波長板７２０は当該層からの反射光の後焦線を含む面５２１と検出器５３０の間に設置する。第１および第２の複合分割波長板の挿入位置は３本のビームがそれぞれ分かれて独立ビームとなる位置であることであることが望ましい。また、７３０の検光子は第２の複合分割波長板７２０と検出器５３０の間に設置される。

３ビームのそれぞれについて、図６の第１の分割波長板７１および第２の分割波長板７２を使用すれば、他層からの反射光を除去できる。しかし、３ビームの第１分割波長板と第２の分割波長板は同じ光軸面上あるので３つの分割波長板を一体で作製した方がコストの低下が望めると同時に、調整も容易になる。一体で作製した第１の複合分割波長板７１０を図１５に示す。８１６がメイン光線、８１７，８１８がサブ光線であり、それぞれのビームの中心は後焦線の方向に分割された波長板の分割位置と一致している。前述したように、波長板はλ／２板でもλ／４板でもよいが、ここではλ／２板として説明する。７５１と７５３がλ／２板であり、７５２と７５４は無偏光領域である。図１６に第２の複合分割波長板７２０を示す。７６１と７６３がλ／２板であり、７６２と７６４は無偏光領域である。この配置はそれぞれのビームに対して表１の２）の作用を与えるので、すべてのビームの当該層からの反射光の偏光方向は縦方向になり、縦方向の偏光を透過させる検光子７３０を設置することで当該層からの反射光を検出器へ透過させる。他層からのそれぞれの反射光はそれぞれの主軸に対して照射領域が入れ替わらないので、第２の複合分割波長板７２０を透過した後の偏光方向は横方向であり、検光子７３０を透過できない。

第１の複合分割波長板と第２の複合分割波長板の分割線とそれぞれの３ビームの後焦線の方向が一致し、また分割線の位置がそれぞれの主光線と一致すれば、他層からの反射光を除去する効果がある。図１７には他の例としての第１の複合分割波長板７１１を示す。７５６の領域がたとえばλ／２板とし、７５７の領域を無偏光領域とする。これと対となる第２の複合分割波長板７２１を図１８に示す。７６６の領域をλ／２板とし、７６７の領域を無偏光領域とする。このとき、当該層からの反射光は第２の複合分割波長板を透過した後、縦方向の直線偏光となる。他層からの反射光の偏光方向は横方向となるので、検光子として縦方向の偏光を透過させるものを使用すれば、他層からの反射光を取り除くことが可能となる。

図１４の非点収差レンズ系４０２の非点収差の方向はフォーカスエラー信号も同時に取ることを考慮した場合、非点収差の方向を４５度傾けることがある。このとき、焦線の方向も４５度傾き、図１９に示すように第１の複合分割波長板７３１の分割方向および図２０で示す第２の複合分割波長板７４１の分割方向も４５度傾ける必要がある。図１９の７５９と７７１領域、および図２０の７６９と７７１の領域はλ／２板とする。このとき、第２の複合分割波長板を透過した他層の反射光の偏光方向は横方向であり、当該層からの反射光の偏光方向は縦方向となる。したがって検光子として縦方向の偏光を通過させるようにすれば、他層からの反射光を遮断できる。

３ビームを検出するための検出器５３０の感度面の形状を図２１に示す。中央にある田の字状の４分割された検出器５４１は当該層からのメイン光線８１６を検出するものであり、サブ光線の当該層からの反射光８１７および８１７は、それぞれ二分割検出器５４２、５４３で検出される。４分割検出器５４１からの信号をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、二分割検出器５４２からの信号をＥ、Ｆおよび二分割検出器５４３からの信号をＧ、Ｈとする。非点収差レンズ系の非点を４５度方向に入れたとき、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およびＡＦ信号はレーザ光の照射位置の制御に使用される。

以上述べたように、３ビームを使用する差動プッシュプル法でトラッキングエラー信号を得る光学系でも第１および第２の複合分割波長板と検光子を使用することで、他層からの反射光を除去できる。３ビームでのクロストークは他層による同一ビーム同士の干渉と他ビームとの干渉とがある。同一ビームの干渉とは、たとえば、当該層でのメイン光線の反射光と他層によるメイン光線の反射の干渉である。他ビームとの干渉とは、メイン光線とサブ光線の干渉である。ディスクの層間隔の変動によりこれらの干渉の位相差が変化し、強度変動が生じる。本発明では、両方のクロストークを除去可能である。メイン光線同士の干渉はRF信号およびAF信号の変動となるが、他層でのメイン光線の反射光が除去されるのでこの変動も除去される。また、当該層からのサブ光線の反射光と他層でのメイン光線の反射光の干渉はサブ検出器で検出されたとき、サブプッシュプル信号（Ｅ−Ｆ）＋（Ｇ−Ｈ）の変動となる。これは、トラッキング外れ等の障害を引き起こす。DPP法ではメイン光線の強度がサブ光線の１０倍以上あるので、当該層からのサブ光線とメイン光線の隣接層からの反射光とは同程度の強度となり干渉が大きい。このため、サブプッシュプル信号が影響を大きく受ける。しかし、本発明では他層からのメイン光線の反射光を遮断できるので、サブプッシュプル信号への影響はなくなる。

図１４に示した第１の複合分割波長板７１０と第２の複合分割波長板７２０、検光子７３０は個別の素子となっているが、図２２に示すように３個の光学部品を一体化することが可能であり、これにより調整が容易になる。図２２は光軸に沿った方向の素子断面の略図であり、上方からディスクの反射光が照射される。７１０が第１の複合分割波長板であり、７２０が第２の複合分割波長板、７３０が検光子である。それらは使用レーザ光を透過するガラス部材７９０、７９１で保持されている。複合分割波長板の形状は一例としては７３１や７４１で示したものを使用すればよい。ガラス部材の厚さは後焦線の位置や検出器から決めることができる。

図１の実施例は、図２の光ピックアップ装置の基本光学系に多層クロストーク除去のための光学素子を加えたものである。半導体レーザ光源１０１からのレーザ光をコリメートレンズ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１０５により１本のメイン光線と２本のサブ光線に分けられる。それぞれのビームは偏光性ビームスプリッタ１０３とλ／４板１０４を透過し、円偏光に変換される。３本のビームは対物レンズ４０４により多層ディスク５０１に絞り込まれる。多層ディスクの中の当該層は５１１であり、図１３で示したように、３ビームが案内溝を照射している。多層ディスクからの反射光は対物レンズ４０４に戻り、λ／４板１０４を通過後、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。偏光性ビームスプリッタ１０３はこの偏光方向の光を反射するので、３本のビームは反射されて、非点収差レンズ系４０２に入射する。非点収差レンズ系は通常集光レンズとシリンダーレンズで構成される。７３１は第１の複合分割波長板であり７４１は第２の複合分割波長板である。波長板の形状は図１９および２０で示したものが使用できる。当該層からの反射光の後焦線位置は両複合分割波長板に挟まれている。また、第１の複合分割波長板７３１はレンズ系４０４からみて当該層より遠くにあり、すなわち当該層より深い位置にあり、かつ層間隔の最も狭い隣接層からの反射光の後焦線の位置より検出器５２側に配置されている。検出器５２の感度のある部分の形状は図２１で示した通りである。対物レンズからの出射光の焦点位置をコントロールのためのフォーカスエラー信号や回転する光ディスクの円周方向の情報列に追従するためのトラッキングエラー信号が検出器からの信号に基づき、電気回路５３で作られ、対物レンズ４０４の位置制御ためのアクチュエータを駆動する。

検出器５２の出力を信号処理する電子回路５３を図２３に示す。メイン光線は５４１の領域、サブ光線は４分割された領域５４２と５４３で検出される。２分割領域の分割線の方向がトラック方向に垂直な方向である。シリンダーレンズを４５度傾けてあるので、５４２の差分信号E−F、５４３の差分信号G−Hがサブビームのプッシュプル信号になる。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および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はサブ光線によるプッシュプル信号である。ｋ倍に増幅された５７１の信号は、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。

図２４に本実施例の光ピックアップ装置の構成例を示す。本実施例では、回折格子１０５と偏光ビームスプリッタ１０３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。このため、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１０３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１０４に入射する。実施例１の構成では回折格子１０５と偏光ビームスプリッタ１０３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が、本実施例ではレーザ光の発散光中に光学部品が配置される。これにより、実施例１の光学系よりも小型化可能な光学系を実現できる。非点収差はシリンダーレンズ４０９で導入され、光軸上の所定の位置、すなわち非点収差導入レンズ系の後方に第１の複合分割波長板７３１と第２の複合分割波長板７４１、検光子７３０が設置されている。

図２５に本実施例の光ディスクドライブ装置の構成例を示す。２１１から２１４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。２１１は誤り訂正用符号化回路であり、データに誤り訂正符号が付加される。２１２は記録符号化回路であり、１−７ＰＰ方式でデータを変調する。２１３は記録補償回路であり、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２１４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、トラッキング信号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。

２２１から２２６の回路はデータの読み出しのためのものである。２２１はイコライザーであり、最短マーク長付近の信号雑音比を改善する。この信号は２２２のＰＬＬ回路に入力され、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２２３のＡ−Ｄ変換器でデジタル化される。２２４はＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelyhood）信号処理回路であり、ビタビ復号を行う。記録復号化回路２２５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２２６でデータを復元する。

本発明により、光ピックアップ装置を大型化することなく、多層光ディスクを読み出すときに発生する他層からの反射光の影響を低減することができる。これにより、光ピックアップ装置を組み込む光ディスクドライブ装置の大きさを小さく保つことが可能となる。

また、データ信号自体に混入する他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。

さらに、DPP法によるトラッキング信号の変動を少なくすることが可能となる。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焦点位置や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が、隣接層からの反射光があると、干渉効果により焦点位置や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たりす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。

本発明による光ピックアップを示す図。従来の基本的な光ピックアップの構成を示す図。隣接層からの反射光の影響を示す図。分割波長板を使用する従来の光ピックアップの構成を示す図。非点収差光学系での光線の状態を示す図。本発明の作用を示す図。第１の分割波長板と透過後の当該層からの反射光の偏光方向を示す図。第２の分割波長板と透過後の当該層からの反射光の偏光方向を示す図。第１の分割波長板と透過後の他層からの反射光の偏光方向を示す図。第２の分割波長板と透過後の他層からの反射光の偏光方向を示す図。反転させた第２の分割波長板と当該層からの反射光の偏光方向を示す図。反転させた第２の分割波長板と他層からの反射光の偏光方向を示す図。差動プッシュプル方式での３ビームの当該層照射状態を示す図。差動プッシュプル方式の非点収差光学系での本特許による構成を示す図。第１の複合分割波長板の一例を示す図。第２の複合分割波長板の一例を示す図。第１の複合分割波長板の一例を示す図。第２の複合分割波長板の一例を示す図。第１の複合分割波長板の一例を示す図。第２の複合分割波長板の一例を示す図。差動プッシュプル方式の非点収差方式を使用するときの検出器の感度部分の形状を示す図。第１の複合分割波長板と第２の複合分割波長板、検光子を一体化した光学素子の断面を示す図。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の他の一例を示す図。本発明による光ピックアップを用いた光ディスクドライブ装置の概略図。

符号の説明

５２：検出器、５３：信号処理回路、１０１：半導体レーザ、１０３：偏光性ビームスプリッタ、１０４：λ／４波長板、１０５：回折格子、４０２：非点収差レンズ系、４０４：対物レンズ、５０１：多層ディスク、７３０：検光子、７３１：第１の複合分割波長板、７４１：第２の複合分割波長板

Claims

多層光情報記憶媒体に対して使用される光ピックアップ装置であって、
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に対して非点収差を付与する非点収差レンズ系と、
当該非点収差レンズ系を通過した光を検出する検出器と、
前記一つの記録層からの反射光に対する前記非点収差光学レンズ系の後焦線位置と、前記一つの記録層に対する隣接層のうち前記レーザ光源とは逆側の隣接層からの反射光に対する前記後焦線位置との間に設置された第１の分割波長板と、
前記一つの記録層からの反射光に対する後焦線位置と前記検出器との間に設置された第２の分割波長板と、
前記第２の分割波長板と前記検出器の間に設置された検光子とを備え、
前記照射光集光光学系は、
前記レーザ光から１本のメインビームと２本のサブビームを形成する光学素子を設置し、３本のそれぞれのビームを前記多層光情報記憶媒体の一つの記録層に集光し、
それぞれのビームの反射光に対して、前記第１の分割波長板と、前記第２の分割波長板と、前記検光子と、分割検出器を配置したことを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１に記載の光ピックアップ装置において、
前記３本のビームに対応するそれぞれの第１の分割波長板を一つ素子上に作製した第１の複合分割波長板と、
前記３本のビームに対応するそれぞれの第２の分割波長板を一つ素子上に作製した第２の複合分割波長板とで構成されることを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１に記載の光ピックアップ装置において、
透過光の偏光状態を直交状態の偏光に交互に変えるストライプ状の第１の分割波長板にして、
前記ストライプの分割方向は前記非点収差光学レンズ系による反射光の後焦線の方向と略一致し、
前記ストライプの分割位置は前記３本のビームの主光線と一致し、
透過光の偏光状態を直交状態の偏光に交互に変えるストライプ状の第２の分割波長板にして、前記ストライプの分割方向は前記非点収差光学レンズ系による反射光の後焦線の方向と略一致し、
前記ストライプの分割位置は前記３本のビームの主光線と一致することを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項２に記載の光ピックアップ装置において、
第１の複合分割波長板と第２の複合分割波長板、検光子を一体化した素子を配置したことを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１に記載の光ピックアップ装置において、
前記偏光状態の直交状態は直線偏光での直交状態であることを特徴とする光ピックアップ装置。