JP2007287255A - 光路長切替装置及びそれを具備した光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２層記録層構造の光ディスクの球面収差を適切に補正する。
【解決手段】 光の光路長を切り替えるための光路長切替装置において、厚さ方向で互いに向かい合う第１及び第２の面のうち、当該第１の面にはＰ偏光を透過させ且つＳ偏光を反射させる偏光膜を設けるとともに、当該第２の面には光を全反射させる全反射膜を設けた透過板と、光を入出射させる第３の面と、前記透過板の前記第１の面と前記偏光膜を介して接合させる第４の面と、を少なくとも有した多面体のプリズムと、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光路長切替装置及びそれを具備した光ピックアップ装置に関する。

光ディスクの記録密度を向上させる主要技術として、対物レンズの高分解能化と、記録層の多層化とが挙げられる。

対物レンズの高分解能化は、光ディスクの記録密度は開口数ＮＡの２乗に比例することが知られており、レンズの分解性能を示す開口数ＮＡを増加させることで行われる。例えば、最近のＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ規格に準拠したＢｌｕ−ｒａｙ媒体（以下、ＢＤ 媒体と称する。）向けの対物レンズの開口数ＮＡは“０．８５”であり、従来のＤＶＤ規格に準拠したＤＶＤ媒体向けの対物レンズの開口数ＮＡが“０．６〜０．６５”であるのと対比して増加させている。しかし、対物レンズの開口数ＮＡが増加、すなわち分解能が高くなるにつれて、記録層を覆う保護層の厚みの製造ばらつきが無視できなくなる。この製造ばらつきによって、光スポットの焦点精度が変動してしまい、球面収差が急激に増大するという問題が生じうる。なお、球面収差とは、レンズが球面であることに起因して、当該レンズを通過した光線が正しく一点に集光せず、不完全な像ができることを意味する。

一方、記録層の多層化は、光ディスクの記録層を複数設けておき、各記録層に対して独立に情報の書き込み、読み出しを行うことで、光ディスクの大容量化を図るものである。例えば、最近のＢＤ媒体は、レーザー光入射側から、保護層、Ｌ１層（記録層）、中間層、Ｌ０層（記録層）及び基板を順に積層させた“２層記録層構造”となっている。なお、複数の記録層に対して独立に情報の書き込みと読み出しを行うため、記録層を所定間隔で積層させる必要がある。しかし、記録層毎に対物レンズからの距離が違ってくると、最適位置からずれた記録層が生じてしまい、ひいては、球面収差が発生するという問題が生じうる。

このように、対物レンズの高分解能化と記録層の多層化それぞれの場面において球面収差の問題がつきまとってくる。さらに、最近のＢＤ媒体では、対物レンズの高分解能化と記録層の多層化を同時に実現しようとしているので、例えば、光透過保護層の厚みを“０．１ｍｍ”と非常に薄くしなければならない一方、保護層の厚みの製造バラツキは現実的には避けられないので、球面収差の問題が、これまでのＤＶＤ媒体等の光ディスク以上に顕在化してしまい、かかる球面収差の補正は必須な要請となっている。

これまで、２層記録層構造の光ディスクに対する球面収差補正方式としては、ビームエキスパンダー内のレンズ間隔を機械的に調整することで、球面収差の補正を行うことが提案されている（例えば、以下に示す特許文献１を参照）。図１２は、かかる球面収差補正方式を採用した光ディスク装置の構成を示す図である。

回折格子３１１は、青紫色半導体レーザー３１０からの青紫色レーザー光を回折して、ビームスプリッタ３１２へと出射する。ビームスプリッタ３１２は、回折格子３１１からの青紫色レーザー光を透過してコリメータレンズ３１３へと出射する。コリメータレンズ３１３は、青紫色レーザー光を平行光に変換してビームエキスパンダー３２０へと出射する。

ビームエキスパンダー３２０は、凹形レンズ３２１、凸形レンズ３２２及び駆動コイル３２３ａ、３２３ｂ等から構成される球面収差補正機構である。凹形レンズ３２１は、コリメータレンズ３１３からの青紫色レーザー光を拡散光に変換して凸形レンズ３２２へと出射する。凸形レンズ３２２は、凹形レンズ３２１からの青紫色レーザー光を平行光に変換して出射する。この結果、ビームエキスパンダー３２０は、コリメータレンズ３１３からの青紫色レーザー光を、凹形レンズ３２１と凸形レンズ３２２との間の距離に対応する拡大率で拡大して、立ち上げミラー３１４へと出射する。駆動コイル３２３ａ、３２３ｂは、凹形レンズ３２１と凸形レンズ３２２との間の距離を調整すべく、凹形レンズ３２１又は凸形レンズ３２２を稼動させるためのコイルである。

立上ミラー３１４は、ビームエキスパンダー３２０からの青紫色レーザー光を反射して、対物レンズ３１５へと入射させる。この結果、対物レンズ３１５から出射された青紫色レーザー光が、ＢＤ媒体３００のＬ０層又はＬ１層へと集光される。

センサーレンズ３３０は、例えば、差動非点収差法に基づくフォーカシング制御を行うべく、ビームスプリッタ３１２からの青紫色レーザー光の反射光に非点収差を付与し、光検出器３３１へと出射する。光検出器３３１は、ＢＤ媒体３００から前述した青紫色レーザー光のＢＤ媒体３００への入射とは逆光路をたどった青紫色レーザー光の反射光を受光するための受光領域を有する。光検出器３３１は、その反射光の光量に応じて光電変換した電気信号を生成して、後段の信号処理回路３３２へと出力する。この結果、信号処理回路３３２は、ＢＤ 媒体３００からの情報再生に係る処理を行う。

また、信号処理回路３３２は、ＢＤ媒体３００のＬ０層及びＬ１層それぞれの球面収差を補正すべく、例えば、再生信号のジッタが最小となるように、レンズ駆動回路３４０へと駆動電流や駆動電圧などの制御信号を出力する。レンズ駆動回路３４０は、信号処理回路３３２からの制御信号に基づいて駆動コイル３２３ａ、３２３ｂを駆動し、凹形レンズ３２１と凸形レンズ３２２との間の距離を調整する。例えば、保護層厚１００μｍのＬ０層についての球面収差の補正の場合には、凹形レンズ３２１と凸形レンズ３２２との間の距離を狭める方向に調整がなされ、保護層厚７５μｍのＬ１層についての球面収差の補正の場合には、凹形レンズ３２１と凸形レンズ３２２との間の距離を広げる方向に調整がなされる。
特開２００５−１４１８０３号公報

従来の球面収差補正方式は、図１２に示したように、ビームエキスパンダー３２０内のレンズ間隔を、レンズ駆動回路３４０並びにビームエキスパンダー内の駆動コイル３２３ａ、３２３ｂを駆動させて、機械的に調整している。このように、従来の球面収差補正方式では、レンズ駆動回路３４０や駆動コイル３２３ａ、３２３ｂ等の機械的な仕組みが必要となるため、光ピックアップ装置の部品点数が増えて、コストアップや大型化が避けられない。さらに、球面収差補正のための可動部がある以上、振動や衝撃に弱く、球面収差の補正が安定に且つ精度良く実施されない恐れがあった。

また、Ｌ０層及びＬ１層を有した２層記録層構造の光ディスクの場合、Ｌ０層とＬ１層それぞれの球面収差を補正しようとする際、前述したように球面収差補正が機械的な仕組みで行われる以上、Ｌ０層とＬ１層の切り替えに時間を要し、ひいては、Ｌ０層とＬ１層それぞれの独立した情報の書き込み／読み出しに時間を要するという課題があった。

前述した課題を解決するための主たる本発明は、光の光路長を切り替えるための光路長切替装置において、厚さ方向で互いに向かい合う第１及び第２の面のうち、当該第１の面にはＰ偏光を透過させ且つＳ偏光を反射させる偏光膜を設けるとともに、当該第２の面には光を全反射させる全反射膜を設けた透過板と、光を入出射させる第３の面と、前記透過板の前記第１の面と前記偏光膜を介して接合させる第４の面と、を少なくとも有した多面体のプリズムと、を有することとする。

本発明によれば、２層記録層構造の光ディスクの球面収差を適切に補正可能な光路長切替装置及びそれを具備した光ピックアップ装置を提供することができる。

＝＝＝ 光路長切替装置 ＝＝＝
＜コリメータレンズ移動による球面収差補正＞
図１、図２を参照しつつ、コリメータレンズ３０の移動による２層記録層構造の光ディスク５０の球面収差補正について説明する。

図１に示す光ディスク５０は、例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ規格に準拠したＢｌｕ−ｒａｙ媒体（以下、ＢＤ 媒体と称する。）の場合とし、その記録層として、保護層の厚み“１００μｍ”のＬ０層と保護層の厚み“７５μｍ”のＬ１層を有している。なお、保護層の厚みとは、光ディスク５０のレーザー光入射側の一方の面から記録層までの厚みのことを示す。かかる光ディスク５０に関する光学系としては、レーザー光を出射する光源１１と、光源１１から出射した拡散光を平行光へと補正するコリメータレンズ３０と、コリメータレンズ３０から出射した平行光をＬ０層又はＬ１層へと集光させる対物レンズ４１と、を少なくとも有する。ここで、対物レンズ４１は、あらかじめ、Ｌ０層とＬ１層それぞれの保護層の厚みの中間値“８７．５μｍ”を基準として設計されている場合とする。

図２（ａ）にコリメータレンズ３０の位置を保護層の厚み“８７．５μｍ”で収差最良となる位置に固定し、保護層厚みを変えた場合の球面収差を計算した結果を示す。図２（ａ）に示すように、保護層の厚み誤差に対して球面収差は直線的に変化し、保護層の厚みが厚くなるに従って負の球面収差が発生することが分かる。

図２（ｂ）には保護層の厚みを“８７．５μｍ”に固定し、コリメータレンズ３０の位置を変えた場合の球面収差を計算した結果を示す。図２（ｂ）に示すように、コリメータレンズ３０の移動に対しても球面収差は直線的に変化し、コリメータレンズ３０が光源１１から離れるに従って負の球面収差が発生することが分かる。

従って、図２（ａ）の特性の場合において、保護層の厚みが厚いＬ０層（１００μｍ）については負の球面収差が発生することになる。このため、図２（ｂ）の特性に基づいてコリメータレンズ３０を光源１１に近づけることで、正の球面収差を発生させて保護層の厚み増加に起因した球面収差を補正することができる。

一方、図２（ａ）の特性の場合において、保護層の厚みが薄いＬ１層（７５μｍ）については正の球面収差が発生することになる。このため、図２（ｂ）の特性に基づいてコリメータレンズ３０を光源１１から遠ざけることで、負の球面収差を発生させて保護層の厚み減少に起因した球面収差を補正することができる。

なお、Ｌ０層及びＬ１層の球面収差を補正すべく、コリメータレンズ３０を光源１１から遠ざけたり近づけたりしたが、逆に、コリメータレンズ３０の配置は固定して、光源１１の位置を光軸方向に移動させることで、前述と同様に球面収差の補正が可能となることが分かる。すなわち、「光源１１とコリメータレンズ３０との間の光路長を変更しさえすれば、Ｌ０層及びＬ１層の球面収差が補正できる」点が推察できる。そこで、本発明は、当該事項に着眼して、Ｌ０層及びＬ１層の球面収差の補正を行える新たな仕組み、すなわち『光路長切替装置』を以下に提案する。

＜光路長可変原理＞
本発明では、光源１１とコリメータレンズ３０との間の光路長を変更して、Ｌ０層及びＬ１層の球面収差を補正すべく、入射光の偏光方向によって光路長を２パターンに可変可能な光路長切替装置を提案する。以下、図３、図４を参照しつつ、本発明に係る光路長可変原理について説明する。

図３（ａ）、（ｂ）、図４に示すように、本発明の一実施形態に係る光路長切替装置１００は、三角プリズム１０４と、透過板１０５ａ、１０５ｂによって構成される。

透過板１０５ａ、１０５ｂは、例えば、ガラス材料の平板を採用することができ、三角プリズム１０４の第４の面（ａ−ｂ−ｃ−ｄ）並びに（ａ−ｄ−ｅ−ｆ）と接合させる第１の面（ｇ−ｈ−ｉ−ｊ）並びに（ｇ’−ｈ’−ｉ’−ｊ’）と、当該第１の面（ｇ−ｈ−ｉ−ｊ）並びに（ｇ’−ｈ’−ｉ’−ｊ’）と厚さ方向ｔ（図４参照）で向かい合う第２の面（ｋ−ｌ−ｍ−ｎ）並びに（ｋ’−ｌ’−ｍ’−ｎ’）と、を有する。

第１の面（ｇ−ｈ−ｉ−ｊ）並びに（ｇ’−ｈ’−ｉ’−ｊ’）には、Ｐ偏光の場合は透過させ且つＳ偏光の場合は反射させる機能を有した偏光膜１０６ａ、１０６ｂを設ける。なお、偏光膜１０６ａ、１０６ｂは、蒸着やスパッタリングによって第１の面（ｇ−ｈ−ｉ−ｊ）並びに（ｇ’−ｈ’−ｉ’−ｊ’）に付着させることで設けられる。

一方、第２の面（ｋ−ｌ−ｍ−ｎ）並びに（ｋ’−ｌ’−ｍ’−ｎ’）には、Ｐ偏光又はＳ偏光であっても全反射させる全反射膜１０７ａ、１０７ｂを設ける。なお、全反射膜１０７ａ、１０７ｂは、蒸着やスパッタリングによって第２の面（ｋ−ｌ−ｍ−ｎ）並びに（ｋ’−ｌ’−ｍ’−ｎ’）に付着させることで設けられる。

三角プリズム１０４は、例えば、ガラス材料のプリズムを採用することができ、長手方向の断面が三角形（ａ−ｂ−ｆ）となる三角柱型のプリズムである。三角プリズム１０４は、三角形（ａ−ｂ−ｆ）の底辺（ｂ−ｆ）を含む１つの面でありレーザー光が入出射する第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）と、三角形（ａ−ｂ−ｆ）の底辺（ｂ−ｆ）以外の残りの２辺（ａ−ｂ、ａ−ｆ）をそれぞれ含む２つの面であり、透過板１０５ａ、１０５ｂの第１の面（ｇ−ｈ−ｉ−ｊ）並びに（ｇ’−ｈ’−ｉ’−ｊ’）と偏光膜１０６ａ、１０６ｂを介して接合させる第４の面（ａ−ｂ−ｃ−ｄ）並びに（ａ−ｄ−ｅ−ｆ）と、を少なくとも有する。

図３（ａ）に示すように、Ｓ偏光を三角プリズム１０４の第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）に入射させた場合、当該Ｓ偏光は、透過板１０５ａの第１の面（ｇ−ｈ−ｉ−ｊ）に設けた偏光膜１０６ａと、透過板１０５ｂの第１の面（ｇ’−ｈ’−ｉ’−ｊ’）に設けた偏光膜１０６ｂで２回反射されて、三角プリズム１０４の第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）から出射する。

一方、図３（ｂ）に示すように、P偏光を三角プリズム１０４の第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）に入射した場合には、当該Ｐ偏光は、偏光膜１０６ａ、１０６ｂを透過し、透過板１０５ａの第２の面（ｋ−ｌ−ｍ−ｎ）に設けた全反射膜１０７ａと、透過板１０５ｂの第２の面（ｋ’−ｌ’−ｍ’−ｎ’）に設けた全反射膜１０７ｂと、で２回反射して、三角プリズム１０４の第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）から出射する。この時、光路長が、図３（ｂ）に示す２δの分だけ、S偏光を入射したときよりも長くなる。

このように、三角プリズム１０４の第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）に対して入射させるレーザー光を、Ｓ偏光又はＰ偏光へと切り替えることで、光路長可変量２δの分だけ、光路長を可変させることが分かる。そこで、本発明では、かかる光路長切替装置１００の性質を利用することで、球面収差の補正を実施する。

＜透過板の板厚ｔ＞
まず、図１において、Ｌ０層とＬ１層の層間厚みをΔt、屈折率をn、対物レンズ４１の結像側から見た光源１１側の光学倍率をｍ（＝コリメータレンズ３０の焦点距離÷対物レンズ４１の焦点距離）とすると、層間厚みΔｔの空気換算長に相当する長さを光源１１側に換算した長さΔzは、つぎの式（１）で表現される。
Δｚ ＝ ｍ×ｍ × (Δt ÷ ｎ) ・・・式（１）
例えば、ＢＤ媒体の場合、Δt＝“２５μｍ（＝１００μｍ−７５μｍ）”、ｎ＝“１．６２”であり、ｍ＝“１０”とした場合、式（１）に従って、Δz＝“１．５４ｍｍ（＝１０×１０×（０．０２５÷１．６２））”となる。
ここで、透過板の板厚tは、図３（ｂ）に示した光路長可変量2δの空気換算長が、コリメータレンズ３０の移動量Δzとなるように設定される。

詳述すると、三角プリズム１０４の第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）から透過板１０５ａに対してＰ偏光又はＳ偏光が入射されることで切り替え可能な光路長の可変量δは、透過板１０５ａに対するＰ偏光又はＳ偏光の入射角（入射光線の光軸と入射面の法線のなす角）をθとした場合、つぎの式（２）で求められる。
δ ＝ ｔ÷ｃｏｓ（θ） ・・・式（２）
なお、図５に示すように、三角プリズム１０４の長手方向の断面が直角二等辺三角形である場合、θは“４５°”であるので、光路長可変量δは、つぎの式（２）’で表現される。
δ ＝ √２ × t ・・・式（２）’

また、球面収差補正のためのコリメータレンズ３０のレンズ移動量Δｚは、透過板１０５ａ、１０５ｂの屈折率をn’とすると、つぎの式（３）で表現される。
Δｚ ＝ ２δ ÷ n’ ・・・式（３）
よって、式（２）’並びに式（３）をもとに、球面収差補正のために設定すべき透過板１０５ａ、１０５ｂの板厚tは、つぎの式（４）で算出することができる。
T ＝ n’ × Δz ÷ (２√２) ・・・式（４）
例えば、三角プリズム１０４や透過板１０５ａ、１０５ｂの材料として、ガラス材を採用した場合には、波長４０５ｎｍでの屈折率ｎ’は“１．５３”である。この場合、透過板１０５ａ、１０５ｂの板厚tは、式（４）に従って、“０．８３ｍｍ（＝１．５３×１．５４÷（２√２））”となる。

このように、球面収差補正のために必要な透過板１０５ａ、１０５ｂの板厚ｔを決定するに際して、その決定の容易化のための透過板１０５ａ、１０５ｂの均衡を考慮して、三角プリズム１０４の長手方向の断面形状は、直角二等辺三角形であることが好ましい。

また、透過板１０５ａ、１０５ｂの板厚ｔはともに均一であること、すなわち、透過板１０５ａ、１０５ｂは平行平板であることが好ましい。なぜなら、透過板１０５ａに対するＰ偏光又はＳ偏光の入射角θが、振動や衝撃等によってズレが生じた場合に、式（４）によって設定した板厚ｔが無意味となるからである。

＝＝＝プリズムを具備した光ピックアップ装置＝＝＝
＜光ピックアップ装置の構成＞
図６を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るプリズムを具備した光ピックアップ装置５００の光学系について説明する。なお、図６に示す構成のうち、信号処理回路８０、フォーカシング・トラッキング駆動回路８５及び偏光方向切替素子駆動回路１１５以外が、光ピックアップ装置５００の光学系を形成する場合とする。

青紫色半導体レーザー１０は、例えば、ｐ型半導体とｎ型半導体をｐｎ接合したダイオード（不図示）から構成されている。青紫色半導体レーザー１０は、不図示のレーザー駆動回路からの制御電圧が印加されることにより、波長（４００〜４１０ｎｍ）の青紫色レーザー光を偏光方向切替素子１１０へ向けてＰ偏光で出射する。尚、本実施形態において、青紫色半導体レーザー１０から青紫色レーザー光を出射する際の偏光方向は、紙面横方向をＰ偏光である場合とする。

偏光方向切替素子１１０は、青紫色半導体レーザー１０からのＰ偏光を、そのままのＰ偏光か若しくはＳ偏光へと切り替えて、不図示の回折格子によって回折された後、ビームスプリッタ２０へと出射する。偏光方向切替素子１１０としては、例えば、液晶を用いたアクティブ波長板を採用することができる。このアクティブ波長板は、電圧を印加しない場合、いわゆる１／２波長板として機能し、偏光方向を９０°分回転させることで、入射されたＰ偏光をＳ偏光へと切り替えて出射する。一方、電圧を印加する場合、アクティブ波長板は、入射されたＰ偏光をそのまま透過させて出射する。なお、前述した回折格子は、アクティブ波長板のガラス基板表面に設けており、アクティブ波長板と一体化してある。

ビームスプリッタ２０は、偏光方向切替素子１１０からのＰ偏光又はＳ偏光を透過して、光路長切替装置１００へと出射する。なお、ビームスプリッタ２０は、偏光に依存しない無偏光タイプとする。

光路長切替装置１００は、図３乃至図５で説明したとおり、三角プリズム１０４と透過板１０５ａ、１０５ｂで構成された本発明の一実施形態に係るプリズムである。

すなわち、ビームスプリッタ２０からＳ偏光が三角プリズム１０４の第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）へと入射された場合、当該Ｓ偏光は、透過板１０５ａの第１の面（ｇ−ｈ−ｉ−ｊ）に設けられた偏光膜１０６ａと、透過板１０５ｂの第１の面（ｇ’−ｈ’−ｉ’−ｊ’）に設けられた偏光膜１０６ｂとで２回反射された後、三角プリズム１０４の第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）より出射される。

一方、ビームスプリッタ２０からＰ偏光が三角プリズム１０４の第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）へと入射された場合、当該Ｐ偏光は、偏光膜１０６ａ、１０６ｂを透過して、透過板１０５ａの第２の面（ｋ−ｌ−ｍ−ｎ）に設けられた全反射膜１０７ａと、透過板１０５ｂの第２の面（ｋ’−ｌ’−ｍ’−ｎ’）に設けられた全反射膜１０７ｂとで反射されて、三角プリズム１０４の第３の面（ｂ−ｃ−ｅ−ｆ）より出射される。この場合、Ｓ偏光のときと対比して、光路長変動分２δ分だけ、光路長が長くなる。

折り曲げミラー１２０は、光路長切替装置１００から出射されたＰ偏光又はＳ偏光に関して９０°進行方向を曲げて、コリメータレンズ３０へと出射する。

コリメータレンズ３０は、本実施形態では配置位置が固定されており、折り曲げミラー１２０からのＰ偏光又はＳ偏光を平行光に変換して対物レンズ駆動装置４０内に保持された対物レンズ４１へと出射する。なお、折り曲げミラー１２０からＳ偏光が入射された場合には、青紫色半導体レーザー１０からコリメータレンズ３０までの光路長が短い場合に相当するので、コリメータレンズ３０から出射されるＳ偏光は、弱発散光となる。一方、折り曲げミラー１２０からＰ偏光が入射された場合には、青紫色半導体レーザー１０からコリメータレンズ３０までの光路長が長い場合に相当するので、コリメータレンズ３０から出射されるＰ偏光は、弱収束光となる。

対物レンズ駆動装置４０は、不図示のレンズホルダー内に保持された対物レンズ４１、フォーカシング用コイル４２ａ、４２ｂ、トラッキング用コイル４３ａ乃至４３ｄを少なくとも有する。

対物レンズ４１は、光ディスク５０の保護層の厚みに対応した開口数ＮＡ（０．８５）を有する単体のガラスレンズである。対物レンズ４１は、コリメータレンズ３０から弱発散光のＳ偏光が入射された場合には、光ディスク５０のＬ０層へと集光させ、コリメータレンズ３０から弱収束光のＰ偏光が入射された場合には、光ディスク５０のＬ１層へと集光させる。

フォーカシング用コイル４２ａ、４２ｂは、制御電流が印加されることで、対物レンズ４１を、その光軸と平行なフォーカシング方向へと駆動するための駆動コイルである。また、トラッキング用コイル４３ａ乃至４３ｄは、制御電流が印加されることで、対物レンズ４１を、その光軸と直交するトラッキング方向へと駆動するための駆動コイルである。

センサーレンズ６０は、例えば差動非点収差法に基づくフォーカシング制御を行うべく、ビームスプリッタ２０から光ディスク５０までの光路とは逆の光路をたどった光ディスク５０からの反射光に対して非点収差を付与して、光検出器７０へと出射する。

光検出器７０は、光ディスク５０からの反射光をそれぞれ受光するための受光領域を有する。光検出器７０は、光ディスク５０からの反射光の光量に応じて光電変換した電気信号を生成して、後段の信号処理回路８０へと出力する。

信号処理回路８０は、光検出器７０からの電気信号に基づいて光ディスク５０のＬ０層又はＬ１層の情報再生に係る処理を行う。また、信号処理回路８０は、光検出器７０からの電気信号に基づいて、フォーカシング・トラッキング駆動回路８５に対してフォーカシング制御やトラッキング制御のための制御信号を出力する。さらに、信号処理回路８０は、偏光方向切替素子１１０におけるＰ偏光からＳ偏光への切替を行うか否かを指定した制御信号を出力する。

フォーカシング・トラッキング駆動回路８５は、信号処理回路８０からの制御信号に基づいて、フォーカシング用コイル４２ａ、４２ｂやトラッキング用コイル４３ａ乃至４３ｄを駆動させて、フォーカシング制御やトラッキング制御を行う。

偏光方向切替素子駆動回路１１５は、信号処理回路８０からの制御信号に基づいて、偏光方向切替素子１１０における偏光方向の切替を制御するための制御電圧を生成して、偏光方向切替素子１１０へと印加する。

＜Ｌ０層の球面収差補正＞
図３、図７を参照しつつ、光ディスク５０のＬ０層の球面収差補正について説明する。
まず、偏光方向切替素子１１０には制御電圧を印加せず、１／２波長板として作用するようにしておく。かかる状況下で、青紫色半導体レーザー１０は、紙面横方向の偏光方向(Ｐ偏光)で青紫色レーザー光を出射すると、偏光方向切替素子１１０を出射した光はＰ偏光からＳ偏光へと切替られる。

つぎに、偏光方向切替素子１１０を出射したＳ偏光のレーザー光は、ビームスプリッタ２０を透過し、光路長切替装置１００の偏光膜１０６ａ、１０６ｂで２回反射し、光路長切替装置１００を出射する。さらに、光路長切替装置１００から出射したレーザー光は、折り曲げミラー１２０で９０°分進行方向を曲げられて、コリメータレンズ３０へと入射された後、対物レンズ４１へと入射される。

ここで、Ｓ偏光入射時における青紫色半導体レーザー１０からコリメータレンズ３０までの光路長は、予めコリメータレンズ３０の焦点距離よりも短く設定されている。この結果、コリメータレンズ３０からの出射光が弱発散光となり、保護層が厚い光ディスク５０のＬ０層の球面収差を補正することが可能となる。

＜Ｌ１層の球面収差補正＞
図３、図８を参照しつつ、光ディスク５０のＬ１層の球面収差補正について説明する。
まず、偏光方向切替素子１１０に電圧を印加することで、１／２波長板としての機能を停止させる。かかる状況下で、青紫色半導体レーザー１０から出射したＰ偏光のレーザー光は偏光方向を変えずに偏光方向切替素子１１０並びにビームスプリッタ２０を透過して、光路長切替装置１００へと入射される。

Ｐ偏光で光路長切替装置１００に入射したレーザー光は、光路長切替装置１００の偏光膜１０６ａ、１０６ｂを透過し、光路長切替装置１００の全反射膜１０７ａ、１０７ｂで２回反射し、光路長切替装置１００から出射される。さらに、光路長切替装置１００から出射したレーザー光は、折り曲げミラー１２０で９０°分進行方向を曲げられて、コリメータレンズ３０へと入射された後、対物レンズ４１へと入射される。

ここで、Ｐ偏光で光路長切替装置１００内を進行した光は、Ｓ偏光の場合と対比して光路長が光路長可変量２δ分長くなっているために、青紫色半導体レーザー１０からコリメータレンズ３０までの間隔が実質的に長くなる。この結果、コリメータレンズ３０からの出射光は弱収束光となり、保護層が薄い光ディスク５０のＬ１層の球面収差を補正することが可能となる。

以上、本発明によれば、機械的なレンズ駆動機構を用いずに、２層記録層構造の光ディスク５０の球面収差補正が可能となり、振動や衝撃に強く信頼性の高い光ピックアップ装置を提供する事が可能となる。さらに、球面収差補正のためにレンズを機械的に移動させる必要がないので、Ｌ０層の球面収差補正とＬ１層の球面収差の補正を速やかに切り替えることが可能となり、Ｌ０層記録とＬ１層記録との切り替えの際に、その切り替えに要する時間を短縮可能となる。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、上記の説明は、本発明の理解を容易とするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得る。

＜残留球面収差の補正＞
２層記録層構造の光ディスク５０において、製造バラツキ等に起因して、Ｌ０層とＬ１層の各保護層の厚み誤差（例えば、数μｍの範囲）が生じえる。

そこで、図９に示す光ピックアップ装置５１０のように、当該厚み誤差によって、光路長切替装置１００では補正しきれなかった残留球面収差の補正を実施すべく、図６に示した光ピックアップ装置５００の構成に加えて、コリメータレンズ３０から対物レンズ４１に至るまでの光路上に、液晶収差補正素子２００を設けることが好ましい。

なお、液晶収差補正素子２００は、液晶素子に電圧を印加させることで当該液晶素子への入射光に任意の位相差生じさせる現象を利用して、球面収差を補正する素子である。また、液晶収差補正素子駆動回路２１０は、信号処理回路８０から指令を受けた球面収差補正量に応じた電圧を、液晶収差補正素子２００へと印加させる駆動回路である。液晶収差補正素子２００並びに液晶収差補正素子駆動回路２１０以外の構成は、図６に示した光ピックアップ装置５００の場合と同様であるので説明を省略する。

さらに、図１０に示す光ピックアップ装置５２０のように、残留球面収差の補正のために、コリメータレンズ３０を移動させるようにしてもよい。このため、コリメータレンズ３０とコリメータレンズ３０を光軸方向へと移動させるための駆動コイル３１ａ、３１ｂとを一体化したコリメータレンズ駆動機構３５と、信号処理回路８０からの指令によって駆動コイル３１ａ、３１ｂを駆動するためのコリメータレンズ駆動回路３８と、を設ける。なお、コリメータレンズ駆動機構３５並びにコリメータレンズ駆動回路３８以外の構成は、図６に示した光ピックアップ装置５００の場合と同様であるので説明を省略する。例えば、コリメータレンズ３０の移動のみで球面収差を補正する場合と対比すると、光路長切替装置１００によって球面収差補正の粗い調整が既に済んでいるので、残留球面収差の補正のためのコリメータレンズ３０の移動量自体は短くて済む。

＜菱形プリズム＞
図１１に示すように、本発明に係る光ピックアップ装置において、断面形状が菱形の菱形プリズム１０８を採用した光路長切替装置１０１を用いることで、図６に示した光学系における折り曲げミラー１２０を省略することができる。なお、菱形プリズム１０８の断面形状の菱形の２つの鈍角α１、α２のうち、一方の鈍角α１を形成する２辺を含む２つの面それぞれをレーザー光を入出射させる第３の面とし、他方の鈍角α２を形成する２辺を含む２つの面それぞれを透過板１０５ａ、１０５ｂと偏光膜１０６ａ、１０６ｂを介して接合させる面とする。また、透過板１０５ａ、１０５ｂは、前述と同様に、偏光膜１０６ａ、１０６ｂ並びに全反射膜１０７ａ、１０７ｂを設けておく。

すなわち、図１１に示すように、菱形プリズム１０８の鈍角α１及びα２を大きく設定することによって、光路長切替装置１００の入射光の光軸と出射光の光軸の角度を広げることができる。この結果、ビームスプリッタ２０とコリメータレンズ３０とが互いに干渉することなく配置することができ、その結果、折り曲げミラー１２０を省略できるので、光ピックアップ装置の小型化並びにコストダウンが図れることになる。

＜ＢＤ媒体以外の光ディスク＞
光ディスク５０としては、ＢＤ媒体以外にも、ＨＤ−ＤＶＤ規格、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷ規格、ＤＶＤ−ＲＯＭ規格等のその他の２層記録層の光ディスクであってもよい。これらの光ディスクにおいても当然のことながら球面収差の問題が起こりえるからである。

本発明に係る球面収差補正を説明するための図である。 図２（ａ）は保護層厚みと球面収差の関係を示す図であり、図２（ｂ）はコリメータレンズ移動量と球面収差との関係を示す図である。 図３（ａ）は、本発明の一実施形態に係る光路長切替装置におけるＳ偏光入射時の光路を示し、図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る光路長切替装置におけるＰ偏光入射時の光路を示す。 本発明の一実施形態に係る光路長切替装置の外形図である。 本発明の一実施形態に係る光路長切替装置の透過板の板厚を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るＬ０層の球面収差補正を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るＬ１層の球面収差補正を説明するための図である。 本発明のその他の実施形態に係る光ピックアップ装置の構成を説明するための図である。 本発明のその他の実施形態に係る光ピックアップ装置の構成を説明するための図である。 本発明のその他の実施形態に係る光路長切替装置を採用した光ピックアップ装置の構成を示す図である。 従来の光ピックアップ装置による球面収差補正を説明するための図である。

符号の説明

１１ 光源 ５０、３００ 光ディスク
１０、３１０ 青紫色半導体レーザー
３１１ 回折格子 ２０、３１２ ビームスプリッタ
３０、３１３ コリメータレンズ ３１ａ、３１ｂ 駆動コイル
３５ コリメータレンズ駆動機構 ３８ コリメータレンズ駆動回路
３１４ 立ち上げミラー ４０ 対物レンズ駆動装置
４１、３１５ 対物レンズ ４２ａ、４２ｂ フォーカシング用コイル
４３ａ〜４３ｄ トラッキング用コイル ３２０ ビームエキスパンダー
３２１ 凹形レンズ ３２２ 凸形レンズ
３２３ａ、３２３ｂ 駆動コイル ６０、３３０ センサーレンズ
７０、３３１ 光検出器 ８０、３３２ 信号処理回路
８５ フォーカシング・トラッキング駆動回路
３４０ レンズ駆動回路 １００、１０１ 光路長切替装置
１０４ 三角プリズム １０５ａ、１０５ｂ 透過板
１０６ａ、１０６ｂ 偏光膜 １０７ａ、１０７ｂ 全反射膜
１０８ 菱形プリズム １１０ 偏光方向切替素子
１１５ 偏光方向切替素子駆動回路 １２０ 折り曲げミラー
２００ 液晶収差補正素子 ２１０ 液晶収差補正素子駆動回路
５００、５１０、５２０ 光ピックアップ装置

Claims (12)

1. 光の光路長を切り替えるための光路長切替装置において、
   厚さ方向で互いに向かい合う第１及び第２の面のうち、当該第１の面にはＰ偏光を透過させ且つＳ偏光を反射させる偏光膜を設けるとともに、当該第２の面には光を全反射させる全反射膜を設けた透過板と、
   光を入出射させる第３の面と、前記透過板の前記第１の面と前記偏光膜を介して接合させる第４の面と、を少なくとも有した多面体のプリズムと、
   を有することを特徴とする光路長切替装置。
2. 前記プリズムは、断面が三角形の三角プリズムであり、当該三角形の底辺を含む１つの面を前記第３の面とし、当該三角形の底辺以外の２辺をそれぞれ含む２つの面それぞれを前記第４の面としたこと、を特徴とする請求項１に記載の光路長切替装置。
3. 前記二等辺三角形は、直角二等辺三角形であること、を特徴とする請求項２に記載の光路長切替装置。
4. 前記プリズムは、断面が菱形の菱形プリズムであり、当該菱形の鈍角となる２つの頂角のうち、一方の頂角を形成する２辺を含む２つの面それぞれを前記第３の面とし、他方の頂角を形成する２辺を含む２つの面それぞれを前記第４の面としたこと、を特徴とする請求項１に記載の光路長切替プリズム。
5. 前記透過板の板厚は均一であること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光路長切替装置。
6. 前記プリズムの前記第３の面から前記透過板に対して前記Ｐ偏光又は前記Ｓ偏光が入射されることで切り替え可能な光路長の可変量δは、ｔを前記透過板の板厚とし、θを前記透過板に対する前記Ｐ偏光又は前記Ｓ偏光の入射角とした場合、
   δ ＝ ｔ÷ｃｏｓ（θ）
   によって設定されること、を特徴とする請求項５に記載の光路長切替プリズム。
7. 前記透過板の板厚ｔは、θを前記透過板に対する前記Ｐ偏光又は前記Ｓ偏光の入射角とし、Δｚをレンズの移動によって光路長を切り替える場合のレンズ移動量とし、ｎ’を前記透過板の屈折率とした場合、
   ｔ ＝ ｎ’×Δｚ×ｃｏｓ（θ）÷２
   によって設定されること、を特徴とする請求項６に記載の光路長切替プリズム。
8. レーザー光を出射するレーザー素子と、当該レーザー素子から出射したレーザー光を平行光として出射させるコリメータレンズと、当該コリメータレンズから出射したレーザー光が入射されて、２つの記録層を有した光ディスクの当該記録層へと集光させる対物レンズと、を少なくとも有した光ピックアップ装置において、
   請求項１乃至７のいずれかに記載された光路長切替プリズムを、前記２つの記録層の球面収差を補正すべく、前記レーザー素子から前記コリメータレンズに至るまでの光路上に配設したこと、
   を特徴とする光ピックアップ装置。
9. 前記レーザー素子から出射したレーザー光の偏光方向を、制御電圧の印加によって、前記レーザー光の偏光方向と直交する方向へと切り替えるための偏光方向切替素子を配設したこと、を特徴とする請求項８に記載の光ピックアップ装置。
10. 前記プリズムは、断面が三角形の三角プリズムであり、当該三角形の底辺を含む１つの面を前記第３の面とし、当該三角形の底辺以外の２辺をそれぞれ含む２つの面それぞれを前記第４の面としており、
    前記第３の面より出射した光の進行方向を折り曲げるミラーを配設したこと、を特徴とする請求項８又は９に記載の光ピックアップ装置。
11. 前記コリメータレンズから前記対物レンズに至るまでの光路上において、前記光路長切替装置による球面収差補正の結果生じ得る、前記２つの記録層それぞれの保護層の厚み誤差に起因した残留球面収差を補正するための液晶収差補正素子を配設したこと、を特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
12. 前記光路長切替装置による球面収差補正の結果生じ得る、前記２つの記録層それぞれの保護層の厚み誤差に起因した残留球面収差を補正すべく、前記コリメータレンズを光軸方向に移動させるための機構を設けたこと、を特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
    
    

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