JP2006134502A - 光ピックアップ装置及びそれを用いた光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素、低コスト、高光利用効率でかつ外乱要因となる不要光が発生しない光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】 １つの半導体レーザ１と、光ビームの偏光方向を外部からの信号により所望の偏光方向に回転可能な偏光回転素子２と、偏光方向により透過あるいは反射の効率が異なるダイクロハーフミラー４と、入射する光ビームの偏光状態に応じて出射する光ビームの集光状態が変化する偏光ホログラム素子６とを備えた光ピックアップ装置において、ディスク基板厚さが異なる第１の光ディスク１２と第２の光ディスク１７における偏光回転素子２から出射する光ビームの偏光方向が光ビームの光軸に関して略９０度異なるように設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ディスクなどの光情報記録媒体に記録された情報を再生するために用いられる光ディスク装置などの光情報記録再生装置用の光ピックアップ装置に係り、特に異なる種類の光情報記録媒体に対応可能な光ピックアップ装置に関する。

ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）やＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）等の光ディスク装置は、非接触、大容量、高速アクセス、低コストメディアを特長とする情報記録再生装置として広く普及しており、近年では更なる大量の情報を記録保存するために、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）やＨＤ−ＤＶＤなどの次世代光ディスク装置も提案されている。

ＢＤとＨＤ−ＤＶＤは、何れも４００ｎｍ帯の青紫色半導体レーザを用い、何れも１２ｃｍ直径の光ディスクを用いる光ディスク装置である。しかしながら、光ディスクの基板厚さはそれぞれ０．１ｍｍと０．６ｍｍであり、光ディスク上の信号を再生するために用いられる光ピックアップ装置に搭載される対物レンズの開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）はそれぞれ０．８５と０．６５と基本的な物理特性が異なる仕様となっており、１枚の光ディスクに収納できる情報量はそれぞれ２７ＧＢと１５ＧＢとなっている。すなわち、ＢＤは記憶容量が非常に大きい光ディスクであり、一方、ＨＤ−ＤＶＤは、現在主流のＤＶＤとレーザ波長以外の物理特性の多くが一致する仕様により、ＤＶＤと光ピックアップ装置の互換が取り易いという特長を備えている。

市場においては、デジタル放送を高精細なまま記録再生し大容量の情報を扱いたいという要求と、現在普及しているＤＶＤとの互換性は確保したいという２つの相反する要求がある。そのため、次世代光ディスク装置としては、当分の間ＢＤとＨＤ−ＤＶＤが両立して行くものと予想されており、両方の仕様に対して互換性のある光ピックアップ装置の実現が強く望まれている状況である。

ＢＤとＨＤ−ＤＶＤの互換が可能な光ピックアップ装置を実現するためには、同一波長の半導体レーザから出射される光ビームを異なるＮＡの対物レンズにより異なるディスク基板厚さの位置にある情報記録層に合焦させる必要がある。光ピックアップ装置の低コスト化を考えた場合、半導体レーザと対物レンズとをＢＤとＨＤ−ＤＶＤで共用化することが望ましい。

ここで、１つの対物レンズにおいて異なる２つの基板厚さの光ディスクに対応する技術としては、対物レンズ有効径内の中央部にホログラム領域を設け、対物レンズへ入射する光ビームを２つの集光状態とすることにより、２つの光ディスクに対応するものが下記の特許文献１に開示されている。

特許文献１に示した内容は、１つの対物レンズを透過する光ビームは常に２つの焦点に集光するようになっており、対物レンズに入射する光ビームは、搭載された光ディスクの情報記録層に集光する光ビームと、情報記録層とは別の位置に集光する光ビームとに分岐される。
特開平１１−３９７０３号公報

前記構成の光ピックアップ装置においては、記録再生に寄与しない光ビームが常に発生するため、光ディスク上の光スポットにおいて記録あるいは再生に必要な光強度を実現しようとすると、専用の対物レンズを持つ光ピックアップ装置と比較して約２倍の半導体レーザの発光パワーが必要となるという問題がある。

また、記録再生に寄与しない光ビームが、光ピックアップ装置内で不要光となってしまい、信号検出における外乱要因となるという問題も発生する。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、簡素、低コスト、高光利用効率でかつ外乱要因となる不要光が発生しない光ピックアップ装置及びそれを用いた光情報記録再生装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、半導体レーザ光源と、
その半導体レーザ光源から出射された光ビームの偏光方向を外部からの信号により所望の偏光方向に回転可能な偏光回転素子と、
前記光ビームが前記偏光回転素子を透過した後に配置され、前記光ビームを往路にて反射し復路にて透過、あるいは前記光ビームを往路にて透過し復路にて反射する例えばダイクロハーフミラーなどの光分岐素子と、
前記光ビームを略平行光に変換するコリメートレンズと、
前記光ビームが往路にて前記光分岐素子から出射した後に配置され、入射する光ビームの偏光状態に応じて出射する光ビームの集光状態が変化する偏光ホログラム素子と、
前記光ビームが往路にて前記偏光ホログラム素子から出射した後に配置され、例えば透明基板や透明な保護膜などの光透過層の厚さがそれぞれ異なる第１または第２の光情報記録媒体上における各々の情報記録面に光ビームを集光する対物レンズとを備えた光ピックアップ装置において、
前記偏光回転素子から出射する光ビームの偏光方向を、前記第１の光情報記録媒体における偏光方向と、前記第２の光情報記録媒体における偏光方向とを異なるように設定することを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記偏光回転素子から出射する光ビームの前記第１の光情報記録媒体における偏光方向と、前記第２の光情報記録媒体における偏光方向とが略９０度異なるように設定することを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記光分岐素子における光ビームの反射率が偏光方向により２０％以上かつ４０％以下となるように当該光分岐素子の反射膜の特性を設定することを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記半導体レーザ光源の発振波長を４００ｎｍ帯に設定することを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第１の手段において、前記第１の光情報記録媒体の例えば透明保護膜などの光透過層の厚さを略０．１ｍｍに設定し、前記第２の光情報記録媒体の例えば透明基板などの光透過層の厚さを略０．６ｍｍに設定することを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第１の手段において、前記偏光ホログラム素子を出射する往路における光ビームの集光状態が、前記第１の光情報記録媒体の場合は略平行状態に設定し、前記第２の光情報記録媒体の場合は発散状態に設定することを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第１の手段において、前記半導体レーザから出射された光ビームが透過し、かつ前記偏光回転素子と前記光分岐素子の間の位置に、特定の偏光方向の光ビームを各々３つの光ビームに分岐する回折格子面が形成されている偏光回折格子を配置することを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は前記第１の手段において、前記半導体レーザから出射された光ビームが透過し、かつ前記偏光回転素子と前記光分岐素子の間の位置に、特定の偏光方向の光ビームを各々３つの光ビームに分岐する回折格子面と、前記偏光方向と直交する偏光方向の光ビームを各々３つの光ブームに分岐する回折格子面が形成されている偏光回折格子を配置することを特徴とするものである。

本発明の第９の手段は、半導体レーザ光源から出射された光ビームの偏光方向を外部からの信号により所望の偏光方向に回転可能な偏光回転素子を有する光ピックアップ装置と、
搭載された光情報記録媒体が、光透過層の厚さが異なる第１または第２の何れの光情報記録媒体であるかを判別する光情報記録媒体判別回路と、
前記偏光回転素子を透過する光ビームの偏光方向を所望の方向に回転するための信号を出力する偏光回転素子駆動回路とを備えた光情報記録装置において、
前記光ピックアップ装置が前記第１の手段ないし第８の手段の光ピックアップ装置であって、
前記光情報記録媒体判別回路からの判別結果に基づき前記偏光回転素子駆動回路からの信号により、前記偏光回転素子で第１または第２の光情報記録媒体に合った光ビームの偏光方向に設定することを特徴とするものである。

本発明の第１０の手段は前記第９の手段において、前記光ピックアップ装置により検出された信号に基づいて前記光情報記録媒体判別回路で第１または第２の光情報記録媒体の判別を行うことを特徴とするものである。

本発明の第１１の手段は、光ピックアップ装置と、
その光ピックアップ装置により検出された信号に基づいてサーボ信号を生成するサーボ信号生成回路と、
前記光ピックアップ装置により検出された信号に基づいて再生信号を検出する情報信号検出回路と、
前記光ピックアップ装置に搭載されている半導体レーザを点灯するレーザ点灯回路と、
前記光ピックアップ装置に搭載されている対物レンズの位置制御を行うアクチュエータに対物レンズ駆動信号を出力するアクチュエータ駆動回路と
を備えた光情報記録装置において、
前記光ピックアップ装置が前記第１の手段ないし第８の手段の光ピックアップ装置であることを特徴とするものである。

本発明の光ピックアップ装置及びそれを用いた光情報記録再生装置は、同じ波長の半導体レーザと、異なる光透過層厚さの光情報記録媒体を用いる光情報記録再生システムに対応しながら、１つの半導体レーザと１つの対物レンズを用いた簡素、低コスト、高光利用効率でかつ外乱要因となる不要光が発生しない光学系が実現できる。

次に本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置の概略構成図である。

同図において、半導体レーザ１は４００ｎｍ帯の波長で発振する青紫色用の半導体レーザであり、常温における発振波長は約４０５ｎｍとなっている。半導体レーザ１より出射した光ビームは、偏光回転素子２、偏光回折格子３を透過し、ダイクロハーフミラー４に至る。

ここで半導体レーザ１から出射された光ビームの偏光方向が紙面に対して平行な場合（以下、Ｐ偏光と記す）において、偏光回転素子２は外部からの入力信号に応じて透過するＰ偏光の偏光角度を９０度回転することが可能な素子であり、Ｐ偏光が９０度回転された場合の光ビームの偏光方向は紙面に対して垂直な方向（以下、Ｓ偏光と記す）となる。

偏光回折格子３は、半導体レーザ１の出射方向から見て表面と裏面に各々回折格子面が形成されている。表側の格子面はＰ偏光の光ビームのみを回折する構成であるため、表側回折格子面を透過したＰ偏光の光ビームは０次光、＋１次光、−１次光の３つの光ビームに分岐される。一方、裏側の格子面はＳ偏光の光ビームのみを回折する構成であるため、裏側回折格子面を透過したＳ偏光の光ビームは０次光、＋１次光、−１次光の３つの光ビームに分岐される。

ダイクロハーフミラー４は、半導体レーザ１から出射された光ビームの出射光軸に対して、４５°の角度をなすように配置されており、その表面に形成された膜で４００ｎｍ帯の波長の光ビームをＰ偏光入射の場合は約５０％反射し、Ｓ偏光入射の場合は約８０％反射する光学素子である。また、光ビームの一部はダイクロハーフミラー４を透過し、光ビームの光量をモニタするためのフロントモニタ１５に至る。

ダイクロハーフミラー４の反射膜において反射した光ビームは、コリメートレンズ５によって平行な光ビームに変換される。コリメートレンズ５を出射した光ビームは、偏光ホログラム素子６及び偏光アパーチャ７を透過した後に対物レンズ８に入射する。ここで、偏光ホログラム素子６は、出射面側に偏光ホログラムが形成されており、この出射面側の偏光ホログラムに入射する光ビームがＰ偏光の場合は、偏光ホログラムにより光ビームが平行光から発散光に変換されるようになっており、入射する光ビームがＳ偏光の場合は何も作用を受けずに平行光のまま偏光ホログラム素子６を出射するものである。

偏光ホログラム素子６の出射側に配置されている偏光アパーチャ７には、透過する光ビームの外周部分の領域にＰ偏光の光ビームを反射あるいは吸収する反射膜がリング状に形成されている。そのため、入射する光ビームがＰ偏光の場合は、偏光アパーチャ７を透過する光ビームの有効径が入射時と比較して小さくできるようになっている。

対物レンズ８は、４００ｎｍ帯の光ビームが平行光で入射した場合に、光透過性の保護膜の厚さが０．１ｍｍである第１の光ディスク１２の情報記録面に対して合焦可能な機能を持つレンズである。

偏光アパーチャ７と対物レンズ８は、駆動コイル１０と一体になっているアクチュエータ９に保持されており、駆動コイル１０と対向する位置にはマグネット１１が配置されている。そのため駆動コイル１０に通電しマグネット１１からの反力による駆動力を発生させることにより、対物レンズ８を光ディスク１２の半径方向およびディスク面に垂直な方向に移動することが可能な構成となっている。

対物レンズ８を透過した光ビームは、光ディスク１２の情報記録面上に合焦している。また、フロントモニタ１５により検出した光量を基にして対物レンズ８を透過する光ビームの光量、あるいは光ディスク１２上に集光する光スポットの光量を推定可能な構成となっている。

光ディスク１２を反射した光ビームは、往路光と同様の光路を往路とは逆方向に戻り、対物レンズ８、偏光アパーチャ７、偏光ホログラム６、コリメートレンズ５を経て、ダイクロハーフミラー４に到達する。ダイクロハーフミラー４に到達した光ビームは、ダイクロハーフミラー４の膜面の透過率に応じて光ビームの一部がダイクロハーフミラー４を透過することとなる。ダイクロハーフミラー４を透過する光ビームは、コリメートレンズ５を透過することによりすでに収束光となっており、光ビームの進行方向に対して４５°方向に傾斜しているダイクロハーフミラー４を透過する際に光ビームに非点収差が与えられることなる。

さらに光ビームは、検出レンズ１３を透過した後に光検出器１４の所定の光検出面に集光されるようになっており、光検出器１４からサーボ信号や再生信号などを出力可能になっている。以上説明した光学部品と電気部品の組合せにより、光ピックアップ装置１６が構成されている。

次に図２を用いて、半導体レーザを出射した後の光ビームの偏光方向に関して説明する。同図に示すレーザチップ２１は、半導体レーザ１の内部に搭載されている。レーザチップ２１にある活性層２２の端面からレーザチップ２１の長手方向に略平行な方向に出射した光ビームは、光ビームの光軸に対して活性層２２に平行な方向θｈ（水平方向）の広がり角が狭く、活性層２２に垂直な方向θｖ（垂直方向）の広がり角が広くなっている。

一般にこの広がり角は、おおよそ９°と１８°であり、光ビームの広がり２３はθｖ方向に長い楕円状の強度分布を持っている。ここで、レーザチップ２１から出射された光ビームの振動面は、活性層２２に平行な面、すなわちθｈ方向と略一致しており、図中に矢印で示した方向に振動する、いわゆるＰ偏光の偏光状態となっている。

次に、図３を用いて偏光回転素子２の動作について説明する。同図において、偏光回転素子２は外部からの電気信号のオン／オフに連動して、偏光回転素子２を透過するＰ偏光を偏光面が光軸に対して９０度回転したＳ偏光に変換可能な素子である。この素子自体は液晶素子を用いて構成されているものであるが、素子の構成自体は本発明との関連が少ないため詳細な説明は省略する。

図３（ａ）において、スイッチ２４はオフ状態となっており、偏光回転素子２に外部から通電されていない状態を示している。この状態においては、偏光回転素子２には何ら電気的作用が発生しないので、入射側から入射したＰ偏光は、偏光回転素子２をそのまま通過し、出射側からＰ偏光のまま出射される。

一方、図３（ｂ）においては、スイッチ２４がオン状態を示しており、偏光回転素子２内の液晶素子が電気的に作用を受けている状態である。この状態において入射側から入射したＰ偏光は、偏光回転素子２内で偏光面を９０度回転させられ、出射側からＳ偏光の光ビームとなって出射される。

このように偏光回転素子２は、通電状態のオン／オフにより入射偏光に対して出射偏光を９０度回転可能となる。尚、この偏光回転素子２は、光ビームの偏光面を回転させるものであり、出射する光ビームの偏光状態に関係なく、９５％以上の透過率を確保できるものである。

次に図４を用いて偏光回折格子３の構成について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、偏光回折格子３の両面に形成された格子面のパターンを示しており、何れも光ピックアップ装置への格子搭載時に半導体レーザ１側から見た場合のパターンを示している。

半導体レーザ１から見て手前にある第１面には、図４（ａ）に示すようにピッチがＰａ、格子外形に平行な基準軸に対して角度θａ傾いた格子パターンが描かれており、この格子パターンはＳ偏光の入射光にのみ作用するものである。そのため、この第１面にＳ偏光の光ビームが入力された場合は、光ビームは０次光、＋１次光、−１次光の少なくとも３つの光ビームに分岐する。一方、Ｐ偏光の光ビームが入射した場合は、何ら作用を受けることなく光ビームは第１面を透過する。

半導体レーザ１から見て奥側にある第２面には、図４（ｂ）に示すようにピッチがＰｂ、格子外形に平行な基準軸に対して角度θｂ傾いた格子パターンが描かれており、この格子パターンはＰ偏光の入射光にのみ作用するものである。そのため、この第２面にＰ偏光の光ビームが入力された場合は、光ビームは０次光、＋１次光、−１次光の少なくとも３つの光ビームに分岐することとなる。一方、Ｓ偏光の光ビームが入射した場合は、何ら作用を受けることなく光ビームは第２面を透過する。

従って偏光回折格子３に対して、Ｓ偏光の光ビームが入射した場合は第１面により３ビームが生成され、Ｐ偏光の光ビームが入射した場合は第２面により３ビームが生成される。また、各々の３ビームに関しては、第１及び第２の各面において適切な格子パターンのピッチと角度を設定可能であり、このことにより後述するように種類の異なる複数の光ディスク上に所望の光スポットを照射することが可能となる。

次に図５を用いて光ディスク上における光スポットの配置について説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ光ディスク上の光スポット配置を示しており、図５（ａ）は光ディスクの光入射側に設けられた保護膜の厚さが０．１ｍｍの第１の光ディスク１２、例えばＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤと記す）における状態を示している。

同図において、光ディスク上にはディスク案内溝が形成されており、案内溝間隔Ｔｐａは０．３２μｍとなっている。この案内溝の凸部分に記録ピット２５が情報として記録されている。後述するように、光ディスク１２に対しては偏光回折格子３の第１面にて３つに分岐された光ビームが照射されており、０次光スポット３０、＋１次光スポット３１、−１次光スポット３２が、角度θａだけ案内溝から傾いた角度で、かつ各々が案内溝に沿った方向に間隔Ｘａで配置されている。

偏光回折格子３の第１面の格子パターン設計を最適化することにより、０次光スポット３０に対して、＋１次光スポット３１と−１次光スポット３２が各々１８０度、あるいは−１８０度位相が異なる案内溝位置に配置してある。このような光スポット配置とすることにより、一般に光ピックアップでよく用いられているＤＰＰ法（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｓｈ Ｐｕｌｌ法）によるトラッキングエラー信号を検出することが可能である。

一方、図５（ｂ）は、例えば光ディスクの光入射側に設けられた透明基板の厚さが０．６ｍｍの第２の光ディスク１７、例えばＨＤ−ＤＶＤにおける光ディスク上の状態を示している。

同図において、光ディスク１７上にはディスク案内溝が形成されており、案内溝間隔Ｔｐｂは０．４μｍとなっている。この案内溝の凸部分及び凹部分に記録ピット２６が情報として記録されている。後述するように、光ディスク１７に対しては偏光回折格子３の第２面にて３つに分岐された光ビームが照射されており、０次光スポット３３、＋１次光スポット３４、−１次光スポット３５が、角度θｂだけ案内溝から傾いた角度で、かつ各々が案内溝に沿った方向に間隔Ｘｂで配置されている。

偏光回折格子３の第２面の格子パターン設計を最適化することにより、０次光スポット３３に対して、＋１次光スポット３４と−１次光スポット３５が各々１８０度、あるいは−１８０度位相が異なる案内溝位置に配置してある。このような光スポット配置とすることにより、一般に光ピックアップでよく用いられているＤＰＰ法（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｓｈ Ｐｕｌｌ法）によるトラッキングエラー信号を検出することが可能である。

図６は、ダイクロハーフミラー４の透過率特性を示した図である。同図において、横軸はダイクロハーフミラー４に入射する光ビームの波長を示しており、縦軸は入射した光ビームの透過率を示している。

光ビームの入射方向に対して４５度の角度で配置されているダイクロハーフミラー４において、Ｐ偏光の光ビームの場合は４０５ｎｍ付近で約５０％の光を透過し、Ｓ偏光の光ビームに関しては４０５ｎｍ付近で約２０％の光を透過するような特性となっている。そのため、４０５ｎｍ付近の光ビームが反射する場合は、Ｐ偏光は約５０％が反射し、Ｓ偏光は約８０％が反射することになり、Ｐ偏光とＳ偏光では約３０％相当の透過率あるいは反射率の差があることが分かる。

図７は、偏光ホログラム６の構成を示す図である。偏光ホログラム６は、片面に偏光特性のあるホログラム格子４０が形成されているものである。ホログラム格子４０は、同心円状に不均一な間隔で溝が刻んであり、このホログラム格子４０により例えばＰ偏光で入射する平行光の光ビームに対しては、出射する光ビームが発散光となるように設計されている。一方、Ｓ偏光の光ビームが入射した場合は、何も作用を受けないために平行光は平行光のままで偏光ホログラム６を出射することとなる。

この偏光ホログラム６は、光ビームの偏光状態により出射する光ビームの集光状態のみを変換するものであり、出射する光ビームの偏光状態あるいは集光状態に関係なく、９５％以上の透過率を確保できるものである。

図８は、偏光アパーチャ７の構成を示す図である。偏光アパーチャ７は、片面にＰ偏光のみを反射しＳ偏光を透過する偏光特性を有する反射膜４１が形成されていおり、その膜面の内部に円形の穴部４２を設けてある。この反射膜４１により、偏光アパーチャ７にＰ偏光で入射する光ビームの外周部分はカットされ、図中に破線で示した光ビームの有効径４３を穴部４２の直径まで小さくすることが可能である。一方、Ｓ偏光の光ビームが入射した場合は、何も作用を受けないために光ビームはそのままの光ビームの有効径４３で偏光アパーチャ７を透過することとなる。

図９は、第１のディスク１２の再生時における偏光状態を示した図である。
半導体レーザ１からは図中の矢印で示す紙面に対して平行な偏光面を持つＰ偏光の光ビームが出射されるように、半導体レーザ１が光ピックアップ装置１６に搭載されている。ここで、第１の光ディスク１２が光ディスク装置（図示しない）に搭載された場合、偏光回転素子２のスイッチ２４はオン状態に設定される。

そのため、偏光回転素子２を透過した光ビームの偏光面は略９０度回転され、図中の丸印で示す紙面に垂直な方向の偏光面を持つＳ偏光に変換される。その後、偏光回折格子３に入射する光ビームは、Ｓ偏光であるため半導体レーザ１から見て手前にある第１面において、０次光、＋１次光、−１次光の少なくとも３つの光ビームに分岐することなる。

偏光回折格子３を出射した光ビームは、ダイクロハーフミラー４にＳ偏光で入射するために、光ビームの光量の約８０％はコリメートレンズ５側に反射し、残りの約２０％はフロントモニタ１５側に透過する。

ダイクロハーフミラー４を反射した光ビームはＳ偏光のまま、コリメータレンズ５により平行光に変換される。平行光のまま偏光ホログラム６に入射した光ビームは、Ｓ偏光であるためそのまま偏光ホログラム６を透過し、偏光アパーチャ７についても同様にそのまま透過することとなる。その後、光ビームは対物レンズ８により、光ディスク１２の保護膜を透過して情報記録面上に集光される。

光ディスク１２を反射した光ビームは、対物レンズ８、偏光アパーチャ７、偏光ホログラム６の順に往路とは逆の経路を辿り、コリメータレンズ５に至る。その際、光ビームの偏光方向は主にＳ偏光であるため、途中の光学部品の影響を受けることはほとんどない。コリメータレンズ５により収束光に変換された光ビームは、Ｓ偏光のままダイクロハーフミラー４を透過するので、光ビームの光量の約２０％がダイクロハーフミラー４を透過することとなる。その後、検出レンズ１３を透過した光ビームは光検出器１４に到達し、各種サーボ信号や情報再生信号を出力することが可能となっている。

図１０は、第２のディスク１７の再生時における偏光状態を示した図である。半導体レーザ１からは図中の矢印で示す紙面に対して平行な偏光面を持つＰ偏光の光ビームが出射されることは、図９で説明した第１のディスク１２と同様である。

この場合は第２の光ディスク１７が用いられており、偏光回転素子２のスイッチ２４はオフの状態に設定されている。そのため、偏光回転素子２を透過した光ビームの偏光面は回転変換されることなく、図中の矢印で示された紙面に対して平行な方向の偏光面を持つＰ偏光のまま偏光回折格子３に入射する。

その後、偏光回折格子３に入射する光ビームはＰ偏光であるため、半導体レーザ１から見て奥にある第２面において、０次光、＋１次光、−１次光の少なくとも３つの光ビームに分岐することなる。

偏光回折格子３を出射した光ビームは、ダイクロハーフミラー４にＰ偏光で入射するために、光ビームの光量の約５０％はコリメートレンズ５側に反射し、残りの約５０％はフロントモニタ１５側に透過する。ダイクロハーフミラー４を反射した光ビームはＰ偏光のまま、コリメータレンズ５により平行光に変換される。平行光のまま偏光ホログラム６に入射した光ビームはＰ偏光であるため偏光ホログラム６により発散光に変換され、偏光アパーチャ７に入射する。

偏光アパーチャ７では、Ｐ偏光であるために光ビームの入射時の有効径４３がカットされ、偏光アパーチャ７を出射する光ビームの有効径は、穴部４２の径とほぼ同じで入射時より幾分小さいものとなっている。偏光アパーチャ７を発散光で出射する光ビームは対物レンズ８に入射し、対物レンズ８を透過して、さらに第２の光ディスク１７上の透明基板を透過して情報記録面に集光するようになっている。

ここで、偏光アパーチャ７から出射された光ビームの発散光の度合いと対物レンズ８の組合せは、ちょうど第２の光ディスク１７のディスク基板厚さに対して最適化されたものとなっており、さらに偏光ホログラム７により光ビームの有効径を設定しているため、光ディスク１７から良好な再生信号を検出可能な光スポットを光ディスク１７上に形成できるようになっている。

光ディスク１２を反射した光ビームは、対物レンズ８、偏光アパーチャ７、偏光ホログラム６の順に往路とは逆の経路を辿る。偏光ホログラム６においては、光ビームがＰ偏光であるために、収束光から平行光に変換され、その後、光ビームはコリメータレンズ５に至る。コリメータレンズ５により収束光に変換された光ビームは、Ｐ偏光のままダイクロハーフミラー４を透過するので、光ビームの光量の約５０％がダイクロハーフミラー４を透過することとなる。その後、検出レンズ１３を透過した光ビームは光検出器１４に到達し、各種サーボ信号や情報再生信号を出力することが可能となっている。

次に、表１に第１及び第２の光ディスクの再生時における各部品透過後の光ビーム特性と効率を示す。

この表１によると、第１の光ディスク１２においては、偏光回転素子２以降の各部品での光ビームの偏光状態をＳ偏光に設定している。そのため往路の効率は、ダイクロハーフミラー４の高い反射率の偏光特性を利用することが可能となっている。このことは、例えば第１の光ディスク１２に記録用のＢＤを想定した場合において、半導体レーザ１の出力を効率よく光ディスク１２上に集光できることを意味しており、高倍速記録に対応した光ディスク装置の構築を容易にしている。

一方、第２の光ディスク１７においては、全ての部品での光ビームの偏光状態をＰ偏光に設定している。そのため往路の効率は、ダイクロハーフミラー４の低い側の反射率の偏光特性を利用するものである。このことにより、第２の光ディスク１７に再生用のＨＤ−ＤＶＤを想定した場合においては、第１の光ディスク１２の場合と比較して、同じ光ディスク上の光量を実現するのに、約１．６倍の半導体レーザ１の出力が必要なこと意味している。

一般に、半導体レーザ１のレーザノイズは、出力が小さくなるとノイズが大きくなるという問題があり、記録ほどの高出力を必要としない再生時においては、できうる限りレーザ出力を大きくして用いることが、レーザノイズ対策の上で有効である。そのため、本実施形態のように、再生用の光ディスクを第２の光ディスク１７に想定した場合、往路効率を小さく設定できるので、レーザノイズの影響を小さくすることが可能である。さらに、復路の効率を高く設定することができるために、光検出器１４におけるノイズ成分に対する信号の比、いわゆるＳ／Ｎ比を良好にすることも可能である。

ここで、ダイクロハーフミラー４におけるＰ偏光とＳ偏光の特性の差について説明する。前記実施形態のようにＰ偏光とＳ偏光の反射率は各々５０％と８０％であり、その差は３０％となっている。往路と復路の効率の両立を考えた場合、Ｐ偏光の反射率は少なくとも５０％程度は必要である。ＢＤ記録時とＨＤ−ＤＶＤ再生時の往路の効率に関しては、切り替えの効果が得られることを考慮すると、少なくとも１．４倍程度の効率差が必要であるため、Ｓ偏光の反射率の下限は７０％となる。一方、復路での光の検出は少なくとも１０％程度はＳ／Ｎの観点から必要となることを考えるとＳ偏光での反射率の上限は９０％となり、その場合のＰ偏光とＳ偏光の反射率の差は２０％から４０％となる。従って光分岐素子であるダイクロハーフミラー４における光ビームの反射率が偏光方向により２０％以上かつ４０％以下異なるように反射膜の特性を設定するとよい。

このように同じ波長の半導体レーザを用いて、偏光状態を光ディスクの種類に応じて変更する光ピックアップ装置は、各々の光ディスクシステム専用の対物レンズで構成された光ピックアップ装置と比較しても同等の半導体レーザの発光パワーで、かつ記録再生に寄与しない光ビームが光ピックアップ装置内で不要光とならないようにすることが可能である。

そのため１つの半導体レーザと１つの対物レンズを用いた簡素、低コスト、高光利用効率でかつ外乱要因となる不要光が発生しない光学系構成が実現できる。さらに、２つの光ディスクシステムを記録用と再生用に分けるように用いる場合は、記録用では高効率で、再生用ではレーザノイズ対策のなされた構成とすることも可能である。

次にこの光ピックアップ装置を搭載した光ディスク装置について、図１１の概略ブロック図を用いて説明する。

光ピックアップ装置１６より検出された信号の一部は、光ディスク判別回路５１に送られる。光ディスク判別回路５１における光ディスクの判別動作は、光ディスクの光透過層の厚さが、点灯している半導体レーザの発振波長に対応したものである場合と、異なる発振波長に対応したものである場合とを比較した場合、光ピックアップ装置１６より検出された例えばフォーカスエラー信号振幅レベルが前者の場合に大きくなることを利用している。その判別結果は、コントロール回路５４に送られる。

さらに、光ピックアップ装置１６により検出された検出信号の一部は、サーボ信号生成回路５２あるいは情報信号検出回路５３に送られる。サーボ信号生成回路５２では、光ピックアップ装置１６で検出された各種信号から光ディスク１２あるいは光ディスク１７に適したフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成し、コントロール回路５４に送る。一方、情報信号検出回路５３では、光ピックアップ１６の検出信号から光ディスク１２あるいは光ディスク１７に記録された情報信号を検出し、再生信号出力端子へ出力する。

コントロール回路５４は、光ディスク判別回路５１からの信号により光ディスク１２あるいは光ディスク１７を設定し、それに対応してサーボ信号生成回路５２にて生成されたフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいて、対物レンズ駆動信号をアクチュエータ駆動回路５５に送る。この対物レンズ駆動信号によりアクチュエータ駆動回路５５は、光ピックアップ装置１６内のアクチュエータ９を駆動し、対物レンズ８の位置制御を行う。

また、コントロール回路５４は、アクセス制御回路５６により光ピックアップ装置１６のアクセス方向位置制御を行い、スピンドルモータ制御回路５７によりスピンドルモータ５８を回転制御し、ディスク１２あるいは光ディスク１７を回転させる。

さらに、コントロール回路５４はレーザ点灯回路５９を駆動することにより、光ピックアップ装置１６に搭載されている半導体レーザ１を光ディスク１２あるいは光ディスク１７に応じて適宜点灯させ、光ディスク装置での記録再生動作を行う。

また、コントロール回路５４は、光ディスク判別回路５１の判別結果に基づいて、偏光回転素子２のスイッチ２４のオン／オフを行う。これにより、光ピックアップ装置１６における光ビームの偏光状態を最適に制御することが可能とし、光ディスク１２あるいは光ディスク１７からそれぞれ良好な信号を検出することが可能である。

尚、以上説明した本発明の実施例形態においては、光ディスク１２においてＳ偏光を利用し、光ディスク１７においてＰ偏光を利用する構成としているが、本発明は各ディスクに対する偏光状態を限定するものではなく、光学系の構成によっては別の偏光状態を利用する構成であっても構わない。

本発明により、同じ波長を用いて種類の異なる光ディスクに対応することが可能であり、さらに異なる波長の光ディスクシステムに対しても最適な偏光状態を設定することにより適用可能である。

本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置の概略構成図である。 その光ピックアップ装置の半導体レーザを出射した後の光ビームの偏光方向を説明するための図である。 前記光ピックアップ装置における偏光回転素子の動作を説明するための図である。 前記光ピックアップ装置における偏光回折格子の構成を説明するための図である。 光ディスク上における光スポットの配置状態を説明するための図である。 前記光ピックアップ装置におけるダイクロハーフミラーの光学特性を示す図である。 前記光ピックアップ装置における偏光ホログラムの構成を説明するための図である。 前記光ピックアップ装置における偏光アパーチャの構成を説明するための図である。 前記光ピックアップ装置における第１のディスクの再生時の偏光状態を説明するための図である。 前記光ピックアップ装置における第２のディスクの再生時の偏光状態を説明するための図である。 前記光ピックアップを搭載した光ディスク装置の概略ブロック図である。

符号の説明

１：半導体レーザ、２：偏光回転素子、３：偏光回折格子、４：ダイクロハーフミラー、５：コリメートレンズ、６：偏光ホログラム、７：偏光アパーチャー、８：対物レンズ、１２：第１の光ディスク、１３：検出レンズ、１４：光検出器、１６：光ピックアップ装置、１７：第２の光ディスク、２１：レーザチップ、２２：活性層、２３：光の広がり、２４：スイッチ、２５，２６：記録ピット、３０，３３：０次光スポット、３１，３４：＋１次光スポット、３２，３５：−１次光スポット、４０：ホログラム格子、４１：反射膜、４２：穴部、４３：光ピームの有効径、５１：光ディスク判別回路、５２：サーボ信号生成回路、５３：情報信号検出回路、５４：コントロール回路、５５：アクチュエータ駆動回路、５６：アクセス制御回路、５７：スピンドルモータ制御回路、５８：スピンドルモータ５９：レーザ点灯回路。

Claims (11)

1. 半導体レーザ光源と、
   その半導体レーザ光源から出射された光ビームの偏光方向を外部からの信号により所望の偏光方向に回転可能な偏光回転素子と、
   前記光ビームが前記偏光回転素子を透過した後に配置され、前記光ビームを往路にて反射し復路にて透過、あるいは前記光ビームを往路にて透過し復路にて反射する光分岐素子と、
   前記光ビームを略平行光に変換するコリメートレンズと、
   前記光ビームが往路にて前記光分岐素子から出射した後に配置され、入射する光ビームの偏光状態に応じて出射する光ビームの集光状態が変化する偏光ホログラム素子と、
   前記光ビームが往路にて前記偏光ホログラム素子から出射した後に配置され、光透過層の厚さがそれぞれ異なる第１または第２の光情報記録媒体上における各々の情報記録面に光ビームを集光する対物レンズとを備えた光ピックアップ装置において、
   前記偏光回転素子から出射する光ビームの偏光方向を、前記第１の光情報記録媒体における偏光方向と、前記第２の光情報記録媒体における偏光方向とを異なるように設定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、前記偏光回転素子から出射する光ビームの前記第１の光情報記録媒体における偏光方向と、前記第２の光情報記録媒体における偏光方向とが略９０度異なるように設定す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、前記光分岐素子における光ビームの反射率が偏光方向により２０％以上かつ４０％以下となるように当該光分岐素子の反射膜の特性を設定す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、前記半導体レーザ光源の発振波長を４００ｎｍ帯に設定することを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記第１の光情報記録媒体の光透過層の厚さを略０．１ｍｍに設定し、前記第２の光情報記録媒体の光透過層の厚さを略０．６ｍｍに設定することを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記偏光ホログラム素子を出射する往路における光ビームの集光状態が、前記第１の光情報記録媒体の場合は略平行状態に設定し、前記第２の光情報記録媒体の場合は発散状態に設定す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、前記半導体レーザから出射された光ビームが透過し、かつ前記偏光回転素子と前記光分岐素子の間の位置に、特定の偏光方向の光ビームを各々３つの光ビームに分岐する回折格子面が形成されている偏光回折格子を配置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、前記半導体レーザから出射された光ビームが透過し、かつ前記偏光回転素子と前記光分岐素子の間の位置に、特定の偏光方向の光ビームを各々３つの光ビームに分岐する回折格子面と、前記偏光方向と直交する偏光方向の光ビームを各々３つの光ブームに分岐する回折格子面が形成されている偏光回折格子を配置することを特徴とする光ピックアップ装置。
9. 半導体レーザ光源から出射された光ビームの偏光方向を外部からの信号により所望の偏光方向に回転可能な偏光回転素子を有する光ピックアップ装置と、
   搭載された光情報記録媒体が、光透過層の厚さが異なる第１または第２の何れの光情報記録媒体であるかを判別する光情報記録媒体判別回路と、
   前記偏光回転素子を透過する光ビームの偏光方向を所望の方向に回転するための信号を出力する偏光回転素子駆動回路とを備えた光情報記録装置において、
   前記光ピックアップ装置が請求１ないし８の何れか１項記載の光ピックアップ装置であって、
   前記光情報記録媒体判別回路からの判別結果に基づき前記偏光回転素子駆動回路からの信号により、前記偏光回転素子で第１または第２の光情報記録媒体に合った光ビームの偏光方向に設定することを特徴とする光情報記録再生装置。
10. 請求項９記載の光情報記録装置において、前記光ピックアップ装置により検出された信号に基づいて前記光情報記録媒体判別回路で第１または第２の光情報記録媒体の判別を行うことを特徴とする光情報記録再生装置。
11. 光ピックアップ装置と、
    その光ピックアップ装置により検出された信号に基づいてサーボ信号を生成するサーボ信号生成回路と、
    前記光ピックアップ装置により検出された信号に基づいて再生信号を検出する情報信号検出回路と、
    前記光ピックアップ装置に搭載されている半導体レーザを点灯するレーザ点灯回路と、
    前記光ピックアップ装置に搭載されている対物レンズの位置制御を行うアクチュエータに対物レンズ駆動信号を出力するアクチュエータ駆動回路と
    を備えた光情報記録装置において、
    前記光ピックアップ装置が請求１ないし８の何れか１項記載の光ピックアップ装置であることを特徴とする光情報記録再生装置。

Images