JP2007234194A

JP2007234194A - 光ヘッド装置

Info

Publication number: JP2007234194A
Application number: JP2006057828A
Authority: JP
Inventors: Koichi Murata; 浩一村田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: JP4797706B2

Abstract

【課題】光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる光ヘッド装置を提供すること。
【解決手段】光ヘッド装置１００は、光源１と、光源１が出射した光束の一部を回折させてメインビームと２つのサブビームとで偏光状態が異なる３つのビームにする回折素子２と、光束を略平行光に変換するコリメータレンズ３と、コリメータレンズ３からのビーム及び光ディスク６からの戻り光を反射して光検出器８に導くビームスプリッタ４と、３つのビームを集光する対物レンズ５と、３つのビームの戻り光を光検出器８に集光するコリメータレンズ７と、３つのビームの戻り光を検出する光検出器８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＣＤ、ＤＶＤ等の光記録媒体（以下「光ディスク」という。）に対して記録再生を行うときに回折格子を切り替える必要のある光ヘッド装置に関する。

従来の光ディスクには、情報記録層が単層の単層光ディスクと、複数層ある複数層光ディスクとがある。例えば２層の記録層を有する２層光ディスクにおいて情報の記録再生を行うときに、トラッキング方式として、光源からの光を回折素子で０次回折光及び±１次回折光の３つのビームに分離し、±１次回折光を用いて３ビーム法や作動プッシュプル（ＤＰＰ）法が採用される。このとき、分離された光の光量比−１次：０次：＋１次は、例えば１：１０以上：１、すなわち、０次回折光の光量を±１次回折光の光量よりも大きくすることが、光利用効率的に有利である。

また、記録再生時において、光検出器に戻る光は、対物レンズの焦点に位置した層のみならず、隣接した層からも影響を受ける。光ディスクの規格で定める層間間隔は、光ディスクの情報に層間クロストークが影響を与えない間隔で決定されるので、光ピックアップでは、このような層間クロストークがサーボ信号に影響を与えないような構成にする必要がある。なお、本明細書で用いる「記録再生」という文言は、光ディスクに対する記録、再生、記録及び再生を総称するものである。

従来の光ヘッド装置における２層光ディスク再生時の光路の模式図を図７に示す。図７に示すように、２層光ディスクの光入射面から近い層をＬ１層、遠い層をＬ２層とすると、Ｌ１層の再生時に光検出器に受光される光Ｌ１１に対し、Ｌ２層で反射された光Ｌ１２は、その焦点が光Ｌ１１より前方に位置する。一方、Ｌ２層の再生時に光検出器に受光される光Ｌ２２に対し、Ｌ１層で反射された光Ｌ２１は、その焦点が光Ｌ２２より後方に位置する。

そのため、Ｌ１層の再生時においてＬ１層からの反射光は、回折素子で回折された０次回折光、±１次回折光がそれぞれ光検出器に集光されるが、この光に、Ｌ２層より反射された光が、光検出器上で焦点を結ばないため、ビーム径が大きく光密度は低いものの、迷光となる。

この迷光は、Ｌ１層からの０次回折光（メインビーム）に対しては、光検出器上では十分に低いが、もともとメインビームに比べて光量が１／１０以下の±１次回折光（サブビーム）に対しては無視できない光量となる。したがって、従来の光ヘッド装置では、この迷光によりトラッキング性能が劣化するという問題が生じていた。

この対策として、例えば特許文献１に示すような光ピックアップが提案されている。これは、図８に示すようなホログラム素子を光束中に配置し、光ディスクからの反射光の一部を回折し、サブビームの光検出器に照射される迷光を取り除くものである。

特開２００５−２０３０９０号公報

しかしながら、特許文献１に示されたものでは、Ｌ２層からの迷光のみならず、本来情報を読み出したいＬ１層からの光もホログラム素子で回折することになり、光検出器に入る信号光強度も低下してしまうという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる光ヘッド装置を提供することを目的とする。

本発明の光ヘッド装置は、光源と、透過型の回折素子と、前記回折素子からの出射光を光記録媒体上に集光させる対物レンズと、前記対物レンズによって集光され前記光記録媒体により反射された光を検出する光検出器とを備え、前記光記録媒体に対して情報の記録再生を行う光ヘッド装置において、前記回折素子からの出射光は、０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光を含む回折光に分離され、前記０次回折光と他の回折光とでは偏光状態が異なる構成を有している。

この構成により、メインビームである０次回折光とサブビームである±１次回折光の偏光状態が異なることで、光ディスクの読み出したい記録層から反射光のサブビームの偏光状態と、迷光となる記録層からの強度の大きなメインビームの偏光状態とが異なることで、この２つの光の干渉性が低減される。その結果、複層ディスクの層間隔や波長が変化して２つの光の干渉条件が変化することにより生じるトラッキング信号の強度変化によるトラッキング性能の低下を抑制することができる。

また、本発明の光ヘッド装置は、前記回折素子が、入射する光の偏光方向によって回折効率の異なる偏光回折格子で構成されている。

この構成により、回折素子の回折効率が偏光状態によって異なることにより０次回折光と１次回折光の偏光状態を異なるようにすることができる。

さらに、本発明の光ヘッド装置は、前記偏光回折格子は、互いに直交する２つの直線偏光の偏光方向により回折効率が異なり、回折効率の高い偏光方向の光に対する１次回折効率η_１Ｈと回折効率の低い偏光方向の光に対する１次回折効率η_１Ｌとの比η_１Ｈ／η_１Ｌが５以上であり、回折効率の低い偏光方向の光に対する０次回折効率η_０Ｌと回折効率の高い偏光方向の光に対する０次回折効率η_０Ｈとの比η_０Ｌ／η_０Ｈが５以上である構成を有している。

この構成により、偏光回折格子の偏光状態の選択的回折がより効果的に行われるために、０次回折光と１次回折光の偏光状態をより簡便に異なるようにできる。

さらに、本発明の光ヘッド装置は、前記偏光回折格子に入射する光の偏光状態が、前記回折効率の高い偏光方向の成分と、前記回折効率の低い偏光方向の成分との両方を有している構成である。

この構成により、偏光回折格子に入射する偏光成分のうち偏光回折格子の回折効率の高い偏光成分を１次回折光とし、回折効率の低い偏光成分を０次回折光とすることができ、０次回折光と１次回折光の偏光状態を明確に分離でき好ましい。

さらに、本発明の光ヘッド装置は、基準化ストークスパラメータを（Ｓ_０ｋ＝１，Ｓ_１ｋ，Ｓ_２ｋ，Ｓ_３ｋ）と表すとき、前記回折素子による０次回折光及び±１次回折光のそれぞれの基準化ストークスパラメータ（１，Ｓ_１０，Ｓ_２０，Ｓ_３０）と（１，Ｓ_１１，Ｓ_２１，Ｓ_３１）との間に、式（１）の関係が成立している構成を有している。

この構成により、０次回折光と１次回折光の偏光状態のうち干渉する成分が小さくなり、２つの光の干渉によるトラッキング性能の低下をさらに抑制することができる。

また、式（２）、さらに式（３）で示された関係とすることで、さらに干渉性を低減できて好ましい。さらに、式（４）で示された関係とすることで、干渉性が非常に小さくなり好ましい。さらに、式（５）で示された関係とすることで、完全に干渉性が無くなり最も好ましい。

（Ｓ_１０−Ｓ_１１）^２＋（Ｓ_２０−Ｓ_２１）^２＋（Ｓ_３０−Ｓ_３１）^２ ≧ ２．５（２）

（Ｓ_１０−Ｓ_１１）^２＋（Ｓ_２０−Ｓ_２１）^２＋（Ｓ_３０−Ｓ_３１）^２ ≧ ３（３）

（Ｓ_１０−Ｓ_１１）^２＋（Ｓ_２０−Ｓ_２１）^２＋（Ｓ_３０−Ｓ_３１）^２＝４（４）

（Ｓ_１０−Ｓ_１１）^２＋（Ｓ_２０−Ｓ_２１）^２＝４，Ｓ_３０＝Ｓ_３１＝０（５）

さらに、本発明の光ヘッド装置は、前記回折素子と前記光記録媒体との間の光路中に、前記０次回折光以外の回折光に対して作用し、前記０次回折光以外の回折光の波面形状を変化させる偏光位相差発生素子を配置する構成を有している。

この構成により、次のような効果が得られる。一般に、対物レンズに対してメインビームは垂直に入射されるが、サブビームは斜めに入射される。そのため、対物レンズの軸外の非点収差がサブビームのみに発生してしまい、トラッキング性能を劣化させる。そこで、回折素子と光記録媒体との間の光路中に偏光位相差発生素子を配置することにより、１次回折光などの回折光のみ位相差の面内分布を発生させ、サブビームのみ波面形状を変化させることができる。つまり、回折光のみ非点収差を発生させることで、対物レンズの軸外光の非点収差を補正することができ、トラッキング性能が向上するので好ましい。

本発明は、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができるという効果を有する光ヘッド装置を提供することができるものである。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態に係る光ヘッド装置１００の概念的な構成を示す図である。図１において、光ヘッド装置１００は、所定の波長の光束を出射する光源１と、光源１が出射した光束の一部を回折させてメインビームと２つのサブビームとで偏光状態が異なる３つのビームにする回折素子２と、入射された光束を略平行光に変換するコリメータレンズ３と、コリメータレンズ３から出射した上記３つのビームを透過させると共に、光ディスク６の情報記録面６ａから反射して戻ってくる３つのビームの戻り光を反射して光検出器８に導くビームスプリッタ４と、上記３つのビームを光ディスク６の情報記録面６ａに集光する対物レンズ５と、上記３つのビームの戻り光を光検出器８に集光するコリメータレンズ７と、上記３つのビームの戻り光を検出する光検出器８とを備える。

光源１が出射した光束は、その一部が回折素子２で回折してメインビーム及び２つのサブビームからなる３つのビームになり、コリメータレンズ３、ビームスプリッタ４、対物レンズ５の順に透過し、光ディスク６の情報記録面６ａに集光される。光ディスク６の情報記録面６ａに集光された上記の３つのビームは、それぞれ、情報記録面６ａで反射され、対物レンズ５を透過してビームスプリッタ４で反射され、コリメータレンズ７から光検出器８に入射される。

ここで、光検出器８の出力信号は、光ディスク６の情報記録面６ａに記録された情報の、読み取り信号、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号の生成に用いられる。なお、光ヘッド装置１００は、上記のフォーカスエラー信号に基づいてレンズを光軸方向に制御する機構（フォーカスサーボ）と、上記のトラッキングエラー信号に基づいてレンズを光軸にほぼ垂直な方向に制御する機構（トラッキングサーボ）とを備えるが、図１に示す構成図では省略されている。

光源１は、例えば、半導体レーザで構成され、波長６５０ｎｍ近傍の波長かつ直線偏光の発散光束を出射するようになっている。なお、上記では光源１が波長６５０ｎｍ近傍の波長の光束を出射するように構成されているものとしたが、本発明は、光源１が波長６５０ｎｍ近傍の波長の光束を出射する構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば４００ｎｍ近傍の波長の光束、７８０ｎｍ近傍の波長の光束等を出射する構成でも、その他の波長の光束を出射する構成でもよい。ここで、４００ｎｍ近傍、波長６５０ｎｍ近傍及び７８０ｎｍ近傍の波長とは、それぞれ、３８５ｎｍ〜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ〜６７０ｎｍ及び７６０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲にある波長を意味する。

なお、光源１が２つ又は３つの波長の光束を出射する構成とし、同一パッケージ内の同一基板上に２個又は３個の半導体レーザチップがマウントされた、所謂ハイブリッド型の２波長レーザ光源又は３波長レーザ光源をなすように、光源１が構成されるのでもよい。また、光源１は、互いに異なる波長を発光する２個の発光点を持ったモノリシック型の２波長レーザ光源（例えば、特開２００４−３９８９８号公報参照。）又は３個の発光点を持ったモノリシック型の３波長レーザ光源によって構成されるのでもよい。

図２は、本実施の形態に係る光ヘッド装置１００が備える回折素子２の構成例としての偏光回折格子を模式的に示す断面図である。

回折素子２に入射した光は回折され、０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光の３つのビームに分離され、その偏光状態が例えば図２に示すように、０次回折光２５が紙面に平行方向で、±１次回折光２４ａ及び２４ｂが紙面に垂直な偏光状態とする。

図２に示された回折素子２は、例えば、一対の透明基板２１と、透明基板２１上に格子状に設けられた複屈折性媒質２２と、一対の透明基板２１に挟持される領域に充填された等方性媒質２３とを備える。

透明基板２１は、ガラスやプラスティック等の複屈折性の無い透明な基板で構成されるのが好ましい。複屈折性媒質２２としては、例えば液晶を重合した高分子液晶が好ましいが、その他の単結晶などで構成してもよい。等方性媒質２３は、複屈折の無い樹脂で構成されるのが好ましいが、例えばガラスで構成してもよい。

この構成において、紙面に平行な偏光の光に対しての複屈折性媒質２２の屈折率と、等方性媒質２３の屈折率とを等しくし、紙面に垂直な偏光方向の屈折率が複屈折性媒質２２と等方性媒質２３とでΔｎだけ異なるようにする。ここで、複屈折性媒質２２及び等方性媒質２３からなる凹凸格子（以下「凹凸格子部」という。）の深さ（高さ）ｄとΔｎとの積Δｎ・ｄが、用いる波長λに対して概ね１／２になるように設定することが好ましい。

前述のように構成された回折素子２において、紙面に平行な偏光成分の光に対しては、凹凸格子部の屈折率は等しいので、光はほとんど回折されずに透過し、０次回折光となる。これに対して紙面に垂直な偏光成分の光は、凹凸格子部でλ／２の位相回折格子の影響でほとんどの光が回折する。したがって、適当な偏光状態の光を入射することで、０次回折光及び±１次回折光の偏光状態を変えることができる。

このように、紙面に垂直な偏光方向と平行な偏光の光では、偏光回折素子の回折効率が異なる。偏光回折素子に入射する直線偏光の偏光方向を変えたとき、回折効率が最も高い偏光方向の光に対する、０次回折効率（透過率）及び１次回折効率をそれぞれη_０Ｈ、η_１Ｈとし、最も回折効率が低い偏光方向の光に対する０次回折効率（透過率）及び１次回折効率をそれぞれη_０Ｌ、η_１Ｌとしたとき、回折効率が高い、紙面に垂直な偏光の光に対して凹凸格子部でλ／２の位相差を持つ回折格子の±１次の回折効率η_１Ｈは概ね４０％ずつとなり、０次回折効率η_０Ｈは概ね０％となる。一方、回折効率の低い、紙面に平行な偏光に対しては、凹凸格子部で位相差が概ね０となり、回折格子の±１次回折効率η_１Ｌは概ね０％、０次回折効率（透過率）η_０Ｌは概ね１００％となる。つまり、計算上はη_１Ｈ／η_１Ｌ〜∞、η_０Ｌ／η_０Ｈ〜∞となり、偏光回折素子の回折効率の偏光依存性を大きくすることができる。この例は、η_１Ｈ／η_１Ｌ及びη_０Ｌ／η_０Ｈをそれぞれ最も大きくすることができる例の一つである。

また、図２に例示した回折素子２における回折効率は、紙面に垂直な偏光成分の±１次回折効率が概ね４０％となるため、入射する光の偏光状態を紙面に平行な成分が８０％、垂直な成分が２０％となるような偏光とすると、紙面に平行な偏光成分の光は、ほとんど全て０次回折光となり０次回折光の光量が８０％となる。一方、紙面に垂直な偏光成分の光は、１次回折効率４０％で回折されるため、±１次回折光の光量はそれぞれ０．４×０．２＝０．０８（８％）となる。したがって、０次回折光と１次回折光との比が８０％／８％＝１０の回折効率比の回折素子２を実現することができる。

上記のような入射偏光を実現する方法として、例えば直線偏光の偏光方向を紙面に垂直でも平行でもない斜め偏光（本例では紙面を基準として垂直方向に約２７度傾いた偏光）を入射してもよいし、楕円偏光を入射することによっても実現することができる。

例えば、斜めの直線偏光を実現する方法としては、光源１である半導体レーザの偏光方向が所定の角度になるよう半導体レーザを回転して設置する方法がある。このとき、半導体レーザの偏光方向の個体ばらつきや、温度変化により偏光方向の変化が生じることがある。入射光の偏光方向が所定の角度からずれると、回折効率比が変化してしまう場合がある。この対策として、光源１と回折素子２との間の光路中に例えば偏光ビームスプリッタを所定の角度に配置することが好ましい。偏光ビームスプリッタとしては、偏光方向により透過率の異なる偏光ビームスプリッタプリズムや、偏光方向により透過率の異なる吸収型偏光子を用いることができる。なお、前述の偏光ビームスプリッタプリズムを用いる場合は、素子サイズが比較的大きいことと、プリズム外形及び透過偏光方向を自由に選択することができないため、回折型偏光ビームスプリッタを用いることが好ましい。

図３には、回折型偏光ビームスプリッタと回折格子とを一体にした回折素子２の構成例を示す。このように一体とすることで、別個で構成する場合よりも部品点数を減らすことができ、また、回折型偏光ビームスプリッタの透過する偏光方向と、回折格子に入射させたい光の偏光方向とを容易に高精度で合わせることができるため、回折効率比の精度を高めることができるので好ましい。

図３に示された回折素子２は、前述の図２で示したものと同様の透明基板２１、複屈折性媒質２２及び等方性媒質２３に加え、回折型偏光ビームスプリッタとしての複屈折性媒質２７からなる格子が積層されたものである。複屈折性媒質２７が透過させる光の偏光方向（本例では紙面基準で垂直方向に約２７度）に対する複屈折性媒質２７の屈折率を、等方性媒質２３とほぼ等しくし、それと直交する偏光方向では屈折率差が生じるように設定する。この設定により、約２７度の偏光の光に対しては透過し、それと直交する偏光方向の光に対しては０次透過率を小さくするよう回折させることができる。その結果、複屈折性媒質２７を透過した光は、ほぼ２７度方向の直線偏光となり、回折格子に入射する偏光方向を安定させることができるので好ましい。ここで、複屈折性媒質２７で回折された、不要な偏光成分の光は対物レンズ５に到達しないように設定することができる。

さらに、図４に示すように、偏光方向回転手段２８を積層して回折素子２を構成することも可能である。偏光方向回転手段２８を積層することにより、光源１を構成する半導体レーザの出射偏光方向を回転することなく、所望の偏光方向の光を得ることができる。偏光方向回転手段２８としては、例えば１／２波長板や、ツイストされた高分子液晶素子を用いることができる。

次に、光検出器８の受光面上における光の集光状態について図５を用いて説明する。図５は、光検出器８の受光面上における光の集光状態の一例を模式的に示したものである。

図５において、光検出器８の受光面は、複数の受光エリア５１、５２及び５３を有し、その受光エリア内に記録又は再生したい光ディスク記録層からの光が、集光スポット５５、５６及び５７を形成している状態が示されている。ここで、集光スポット５６は回折素子２から出射された０次回折光（メインビーム）に相当し、集光スポット５５及び５７は、±１次回折光（サブビーム）に相当する。また、集光スポット５８は、迷光となる光ディスクの記録層からの反射光の集光スポットを示し、光検出器８の受光面上ではデフォーカス状態となっており、図５に示すような大きな半径を有する。

迷光の集光スポット５８は、受光エリア５１、５２及び５３にかかり、集光スポット５５、５６及び５７の光と干渉してノイズとなる。特に、サブビームは前述のように光量がメインビームに比べて１０分の１以下と小さいので、従来、この迷光の干渉の影響が特に大きくトラッキング性能の低下を導いていた。また、迷光の干渉の影響により、光ディスクの層間間隔や波長が変動すると、それぞれの層からの光の干渉条件が変化するので、特に問題となっていた。

前述のように、本実施の形態に係る回折素子２を用いることで、０次回折光と１次回折光の偏光状態を異なるようにすることができる。また、迷光の集光スポット５８も回折素子２から出射される０次回折光と１次回折光との重ね合わせであるが、光量的には１次回折光に比べて０次回折光が１０倍以上大きいので、この迷光の偏光状態は概ね０次回折光の偏光状態に等しいと考えて実質的に問題は無い。

つまり、本実施の形態に係る回折素子２を用いることで、サブビームの集光スポット５５及び５７の偏光状態と、迷光の集光スポット５８の偏光状態とを異なるようにすることができる。偏光状態の異なる光は、干渉性が低下するため、本実施の形態に係る光ヘッド装置１００は、サブビームとサブビームの迷光との干渉によるトラッキング性能の低下を抑制することができる。

以上のように偏光回折素子は、メインビームとサブビームとの偏光状態が異なることによりトラッキング性能の低下を抑制することができる。そのため、メインビームの偏光が偏光回折素子の回折効率が低い偏光方向の０次透過光（η_０Ｌに対応）が支配的とし、サブビームの偏光が偏光回折素子の回折効率が高い偏光方向の１次回折光（η_１Ｈに対応）が支配的とすることが好ましい。

そのために、偏光回折素子の回折効率の偏光依存性を式（６）及び（７）とすることで、メインビームとサブビームの偏光状態が概ね直交する直線偏光とすることができ、２つの光の干渉を抑制できるので好ましい。

η_０Ｌ／η_０Ｈ ≧ ５（６）

η_１Ｈ／η_１Ｌ ≧ ５（７）

さらに好ましくは、式（８）及び（９）とすることで、さらに効果が増すので好ましい。

η_０Ｌ／η_０Ｈ ≧ １０（８）

η_１Ｈ／η_１Ｌ ≧ １０（９）

なお、以上の記載において、説明を簡単にするため、０次回折光と１次回折光の偏光方向を図２に示すように、それぞれ、紙面に平行及び垂直としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、０次回折光を右回り円偏光とし、１次回折光を左回り円偏光や楕円偏光、又はその他の偏光状態としてもよい。

次に、０次回折光と１次回折光の偏光状態を表すために、ストークスパラメータを用いて説明する。なお、ストークスパラメータの詳細な説明は、例えば培風館発行「応用光学２」第５−３章「偏光の表記」に記されている。ここでは、ストークスパラメータについて簡単に説明する。

ｚ方向に進む光を、ｚ方向に対して垂直な面内に（ｘ，ｙ）座標系を選んだとき、ｘ、ｙ成分の光Ｅｘ、Ｅｙを次式で表すこととする。

Ｅ_ｘ＝Ａ_ｘ・ｅｘｐ｛ｉ（ωｔ−ｋ_ｚ＋δ_ｘ）｝（１０）

Ｅ_ｙ＝Ａ_ｙ・ｅｘｐ｛ｉ（ωｔ−ｋ_ｚ＋δｙ）｝（１１）

ここで、ωは角周波数、ｋは波数ベクトル、δ_ｘ、δ_ｙはそれぞれｘ、ｙ方向の光の位相、Ａ_ｘ、Ａ_ｙはそれぞれｘ、ｙ方向の電場振幅を示す。

偏光状態は４つのパラメータであるストークスパラメータ（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）によって表すことができる。

Ｓ_０＝＜Ａ_ｘ ^２＞＋＜Ａ_ｙ ^２＞（１２）

Ｓ_１＝＜Ａ_ｘ ^２＞−＜Ａ_ｙ ^２＞（１３）

Ｓ_２＝２＜Ａ_ｘ・Ａ_ｙ・ｃｏｓδ＞（１４）

Ｓ_３＝２＜Ａ_ｘ・Ａ_ｙ・ｓｉｎδ＞（１５）

ここで、δ＝δ_ｙ−δ_ｘとし、記号"＜＞"は十分に長い時間の平均値を示す。

Ｓ_０は光強度を表すパラメータなので、Ｓ_０で規格化した基準化ストークスパラメータによって、光の偏光状態を表すことができる。つまり、基準化ストークスパラメータは、次のように表される。

Ｓ_０ｋ＝｛＜Ａ_ｘ ^２＞＋＜Ａ_ｙ ^２＞｝／｛＜Ａ_ｘ ^２＞＋＜Ａ_ｙ ^２＞｝＝１（１６）

Ｓ_１ｋ＝｛＜Ａ_ｘ ^２＞−＜Ａ_ｙ ^２＞｝／｛＜Ａ_ｘ ^２＞＋＜Ａ_ｙ ^２＞｝（１７）

Ｓ_２ｋ＝２＜Ａ_ｘ・Ａ_ｙ・ｃｏｓδ＞／｛＜Ａ_ｘ ^２＞＋＜Ａ_ｙ ^２＞｝（１８）

Ｓ_３ｋ＝２＜Ａ_ｘ・Ａ_ｙ・ｓｉｎδ＞／｛＜Ａ_ｘ ^２＞＋＜Ａ_ｙ ^２＞｝（１９）

以下、Ｓ_０＝１と規格化した基準化ストークスパラメータを用いて表記する。

０次回折光と１次回折光の偏光状態を、それぞれ（１，Ｓ_１０，Ｓ_２０，Ｓ_３０）と（１，Ｓ_１１，Ｓ_２１，Ｓ_３１）としたとき、式（１５）に示された関係であると、２つの偏光状態の光の干渉性を半分以下にすることができるので好ましい。

（Ｓ_１０−Ｓ_１１）^２＋（Ｓ_２０−Ｓ_２１）^２＋（Ｓ_３０−Ｓ_３１）^２ ≧ ２（２０）

さらに、式（１６）に示された関係が好ましい。

（Ｓ_１０−Ｓ_１１）^２＋（Ｓ_２０−Ｓ_２１）^２＋（Ｓ_３０−Ｓ_３１）^２ ≧ ２．５（２１）

さらに、式（１７）に示された関係とすることで、干渉性を大きく抑制できるので好ましい。

（Ｓ_１０−Ｓ_１１）^２＋（Ｓ_２０−Ｓ_２１）^２＋（Ｓ_３０−Ｓ_３１）^２ ≧ ３（２２）

さらに、式（２３）に示された関係とすることで、干渉性を非常に小さく抑制できるので好ましい。

（Ｓ_１０−Ｓ_１１）^２＋（Ｓ_２０−Ｓ_２１）^２＋（Ｓ_３０−Ｓ_３１）^２＝４（２３）

最も好ましくは、式（２４）に示された関係とすることで完全に干渉を抑制することができる。

（Ｓ_１０−Ｓ_１１）^２＋（Ｓ_２０−Ｓ_２１）^２＝４，Ｓ_３０＝Ｓ_３１＝０（２４）

具体的には、例えば（１，Ｓ_１０，Ｓ_２０，Ｓ_３０）＝（１，１，０，０）と（１，Ｓ_１１，Ｓ_２１，Ｓ_３１）＝（１，−１，０，０）のように直線偏光が直交した２つの偏光の組み合わせの場合や、（１，Ｓ_１０，Ｓ_２０，Ｓ_３０）＝（１，０，０，１）と（１，Ｓ_１１，Ｓ_２１，Ｓ_３１）＝（１，０，０，−１）のように円偏光の回転方向が左右逆周りの場合などがある。

次に、回折素子２と光ディスク６との間の光路中に回折光の偏光の光束に対してのみ、波面形状を変化させる偏光位相差発生素子を配置する例について説明する。なお、回折光には、透過光である０次回折光は含まれない。

一般に、対物レンズに対してメインビームは垂直に入射されるが、サブビームは斜めに入射される。そのため、対物レンズの軸外の非点収差がサブビームのみに発生してしまう。非点収差を持ったサブビームは、光ディスク上での集光特性が劣化し、トラッキング性能を劣化させる。この対策として、サブビームの偏光にのみ作用し位相差の面内分布を発生させることで、サブビームのみ波面形状を変化させることができる。つまり、回折光のみ非点収差を発生させることで、対物レンズの軸外光の非点収差を補正することができ、トラッキング性能を向上させることができるので好ましい。

変化させる波面形状としては、非点収差以外にも球面収差やフォーカス成分、コマ収差等があり、さまざまな収差発生が可能であるが、ここでは、説明を簡単にするために非点収差発生方法について説明する。

図６（ａ）は、本実施の形態に係る偏光位相差発生素子の構成例を模式的に示す図である。

図６（ａ）に示された偏光位相差発生素子は、一対の透明基板６１に複屈折性媒質６２が格子状に設けられ、一対の透明基板６１に挟持される領域に充填された等方性媒質６３を備えた構成となっている。透明基板６１はガラスやプラスティックなど複屈折性の無い透明な基板が好ましい。複屈折性媒質６２としては、液晶を重合した高分子液晶などが好ましいが、その他の単結晶でもよい。等方性媒質６３としては、複屈折の無い樹脂が好ましいが例えばガラスでもよい。

この構成において、回折素子２で回折された偏光方向が図２に示すように紙面に垂直な場合、紙面に平行な偏光の光に対しての複屈折性媒質６２の屈折率と等方性媒質６３の屈折率を等しくし、紙面に垂直な偏光方向の屈折率が複屈折性媒質６２と等方性媒質６３でΔｎだけ異なるようにする。この構成により、サブビームの偏光方向の光にのみ複屈折性媒質６２の形状に対応し、透過光の波面形状が変化し、メインビームの光に対しては波面形状の変化は生じない。

例えば、複屈折性媒質６２と等方性媒質６３とからなる凹凸格子をシリンドリカルなホログラム回折格子とすることでサブビームにのみ非点収差を発生させることができる。なお、ホログラム回折格子に代えて例えば位相段差を設ける構成としてもよい。

回折格子の回折光であるサブビームの波面を変化させることは、回折格子のストライプ方向を直線格子ではなく湾曲させるホログラムとすることによっても可能である。しかしながら、この方法では、回折素子２から出射される±１次回折光では波面の形状が反転してしまう。例えば＋１次回折光に対して凸レンズ的に作用するホログラムの場合、−１次回折光は凹レンズ的に作用してしまう。これに対し、図６（ａ）に示された偏光位相差発生素子を備えた構成では、±１次回折光に対して同じ様に波面形状を変化させることができるので好ましい。

さらに、図６（ｂ）に示すように、対物レンズ変位時に発生するＤＰＰ信号の劣化を防ぐために、サブビームの波面に位相段差６４を発生させることでレンズ変位時のトラッキング性能劣化を防ぐことができるので好ましい。

また、偏光位相差発生素子の波面を変化させる偏光方向と、回折素子２の回折格子の偏光方向とがずれると０次回折光の波面も若干変化してしまうので、２つの偏光方向は精度よく合わせる必要がある。

なお、図６（ａ）及び（ｂ）に示された偏光位相差発生素子を回折素子２と一体とすることで部品点数を削減することができ、偏光位相差発生素子に入射する偏光状態を精度よく合わせることができるので好ましい。

以上のように、本実施の形態に係る光ヘッド装置１００によれば、回折素子２を透過した出射光は０次回折光及び±１次回折光を含む光束に分離され、０次回折光とその他の回折光とでは偏光状態が異なる構成としたので、複層ディスクに対する記録再生時のトラッキング性能を向上させることができ、光検出器８への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる。

また、本実施の形態に係る光ヘッド装置１００によれば、回折光の偏光の光に対して波面形状を変更する偏光位相差発生素子をさらに備えることにより、例えばトラックピッチが互いに異なる光ディスクの記録再生においても精度よくトラッキングを行うことができる。

以上のように、本発明に係る光ヘッド装置は、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができるという効果を有する光ヘッド装置等として有用である。

本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の概念的な構成を示す図本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の回折素子の構成例を模式的に示す断面図本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の回折素子の構成例を模式的に示す断面図本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の回折素子の構成例を模式的に示す断面図本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の光検出器が受光する集光スポットの一例を示す模式図本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の偏光位相差発生素子の構成例を模式的に示す断面図二層光ディスク再生時の光路の模式図光ディスクからの反射光の一部を回折する従来のホログラム素子の模式図

符号の説明

１光源
２回折素子
３、７コリメータレンズ
４ビームスプリッタ
５対物レンズ
６光ディスク
６ａ情報記録面
８光検出器
２１透明基板
２２複屈折性媒質
２３等方性媒質
２４ａ＋１次回折光
２４ｂ −１次回折光
２５０次回折光
２７複屈折性媒質
２８偏光方向回転手段
５１、５２、５３受光エリア
５５メインビームの集光スポット
５６、５７サブビームの集光スポット
５８迷光となる反射光の集光スポット
６１透明基板
６２複屈折性媒質
６３等方性媒質
６４位相段差
１００光ヘッド装置

Claims

光源と、透過型の回折素子と、前記回折素子からの出射光を光記録媒体上に集光させる対物レンズと、前記対物レンズによって集光され前記光記録媒体により反射された光を検出する光検出器とを備え、前記光記録媒体に対して情報の記録再生を行う光ヘッド装置において、
前記回折素子からの出射光は、０次回折光、＋１次回折光及び−１次回折光を含む回折光に分離され、前記０次回折光と他の回折光とでは偏光状態が異なることを特徴とする光ヘッド装置。
前記回折素子は、入射する光の偏光方向によって回折効率の異なる偏光回折格子で構成されている請求項１記載の光ヘッド装置。
前記偏光回折格子は、互いに直交する２つの直線偏光の偏光方向により回折効率が異なり、回折効率の高い偏光方向の光に対する１次回折効率η_１Ｈと回折効率の低い偏光方向の光に対する１次回折効率η_１Ｌとの比η_１Ｈ／η_１Ｌが５以上であり、回折効率の低い偏光方向の光に対する０次回折効率η_０Ｌと回折効率の高い偏光方向の光に対する０次回折効率η_０Ｈとの比η_０Ｌ／η_０Ｈが５以上である請求項２記載の光ヘッド装置。
前記偏光回折格子に入射する光の偏光状態が、前記回折効率の高い偏光方向の成分と、前記回折効率の低い偏光方向の成分との両方を有している請求項２又は３記載の光ヘッド装置。
基準化ストークスパラメータを（Ｓ_０ｋ＝１，Ｓ_１ｋ，Ｓ_２ｋ，Ｓ_３ｋ）と表すとき、前記回折素子による０次回折光及び±１次回折光のそれぞれの基準化ストークスパラメータ（１，Ｓ_１０，Ｓ_２０，Ｓ_３０）と（１，Ｓ_１１，Ｓ_２１，Ｓ_３１）との間に、式（１）の関係が成立している請求項１から４までのいずれか１項記載の光ヘッド装置。
（Ｓ_１０−Ｓ_１１）^２＋（Ｓ_２０−Ｓ_２１）^２＋（Ｓ_３０−Ｓ_３１）^２ ≧２（１）
前記回折素子と前記光記録媒体との間の光路中に、前記０次回折光以外の回折光に対して作用し、前記０次回折光以外の回折光の波面形状を変化させる偏光位相差発生素子を配置する請求項１から５までのいずれか１項記載の光ヘッド装置。