JP2008033991A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多層の情報記録面を備えた光情報記録媒体を使用する際に、ノイズを効果的に除去できる光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】情報記録面から反射した光束を集光素子（レンズＬ３）で集光させたときの倍率ｍを所定の範囲に設定することで、第１の光学素子ＯＥ１と第２の光学素子ＯＥ２との間隔が小さくなりすぎず、アライメントしやすく、光軸垂直方向のずれ感度が低い構成を提供できる。更に、正規の情報記録光とノイズ成分の光とを分離することが容易になる。一方、倍率ｍを所定の範囲に設定することで、第１の光学素子ＯＥ１及び第２の光学素子ＯＥ２自体が小さくでき、且つレンズＬ３と第１の光学素子ＯＥ１と第２の光学素子ＯＥ２で構成される光学系を小さくでき、第１の光学素子ＯＥ１への入射スポット径、すなわち有効領域を大きく確保できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、多層の情報記録面を有する光ディスクを用いると好適な光ピックアップ装置に関する。

ＤＶＤに代表される光ディスクは、多量の情報信号を高密度で記録することができるため、オーディオ、ビデオ、コンピュータ等の多くの分野において利用が進められている。特に最近では、記録容量の更なる増大の要請に応じるために、情報記録面を多層設けた光ディスクが開発され、すでに上市されている。

ところで、情報記録面を多層に設けた光ディスクにおける各記録再生面間の距離が小さい場合には、記録再生用の光束が、ある１つの記録再生面に対して集光されたとき、その記録再生面からの反射光が、隣接する記録再生面からの反射光の影響を受けてしまい、ノイズとして認識される恐れがある。これに対し、異なる偏光特性を有する２つの領域を有する波長板を２枚組み合わせることで、ノイズを抑制する光ピックアップ装置が知られている（非特許文献１参照）。
第６回光ディスク懇談会プログラム講演資料「フォトニック結晶を用いた多層ディスクの層間分離検出」小杉哲也著、平成１８年３月１７日

ここで、非特許文献１に開示されている光ピックアップ装置においては、光ディスクの情報記録面から反射した光束が、第１の波長板を通過した後に、第１の波長板と第２の波長板との間で集光し、更に第２の波長板を通過して、偏光ビームスプリッタを通過する際にノイズ成分が除去されて、正規の信号のみが光検出器に入射するようになっている。しかるに、非特許文献１の光ピックアップ装置においては、集光レンズの倍率や第１の波長板と第２の波長板との間隔については、規定されていない。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、多層の情報記録面を備えた光情報記録媒体を使用する際に、ノイズを効果的に除去できる光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光ピックアップ装置は、光源からの光束を、対物レンズを介して光情報記録媒体の多層の情報記録面のいずれかに集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、
光軸を挟んで第１の光学領域と第２の光学領域とを備えた第１の光学素子と、
光軸を挟んで第３の光学領域と第４の光学領域とを備えた第２の光学素子と、
光情報記録媒体の情報記録面から反射した光束を入射して、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間で集光を行わせる集光素子と、を有し、
前記第１の光学領域と前記第４の光学領域とを通過した主光束、及び前記第２の光学領域と前記第３の光学領域とを通過した主光束は、偏光方向が第１の方向であり、
前記第１の光学領域と前記第３の光学領域とを通過した副光束、及び前記第２の光学領域と前記第４の光学領域とを通過した副光束は、偏光方向が前記第１の方向とは異なる第２の方向であり、
情報記録面から反射した光束を前記集光素子で集光させたときの倍率をｍとし、前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数をＮＡとしたときに、以下の式が成立することを特徴とする。尚、本明細書中、「光軸」とは、通過する光束の中心をいうものとする。又、倍率「ｍ」は絶対値で表すものとする。
ＮＡ／０．３５ ≦ ｍ ≦ ＮＡ／０．０５ （１）

本発明の原理について図１を参照して説明する。図１の光軸方向断面図において、第１の光学素子ＯＥ１は、光軸Ｘより上に第１の光学領域Ａを有し、光軸より下に第２の光学領域Ｂを有する。又、第１の光学素子ＯＥ１から光軸に沿って所定間隔ｄをあけて離れた第２の光学素子ＯＥ２は、光軸Ｘより上に第３の光学領域Ｃを有し、光軸より下に第４の光学領域Ｄを有する。各光学領域Ａ〜Ｄは、通過する光束にλ／４の位相差を生じさせる機能を有しているが、光学領域ＡとＢ、及びＣとＤでは方向が互いに異なっている。又、向かい合っている光学領域ＡとＣ、及びＢとＤも方向が互いに異なっている。具体的な例としては、第１の光学領域Ａを通過した光束に＋λ／４の位相差を生じさせ、第２の光学領域Ｂを通過した光束に−λ／４の位相差を生じさせ、第３の光学領域Ｃを通過した光束に−λ／４の位相差を生じさせ、第４の光学領域Ｄを通過した光束に＋λ／４の位相差を生じさせることが考えられる。又、第１の光学領域Ａを通過した光束に＋λ／２の位相差を生じさせ、第２の光学領域Ｂを通過した光束は位相差を生じさせず、第３の光学領域Ｃを通過した光束に＋λ／２の位相差を生じさせ、第４の光学領域Ｄを通過した光束は位相差を生じさせないものとしてもよい。

ここで、図１の左方より、光情報記録媒体の情報記録面から直線偏光状態の反射光が出射されているものとする。多層の情報記録面を有する光情報記録媒体において、情報の記録及び／又は再生を行おうとする目的の情報記録面からの反射光におけるマージナル光線αを実線で示し、それより深い情報記録面からの反射光におけるマージナル光線βを点線で示し、目的の情報記録面より浅い情報記録面からの反射光におけるマージナル光線γを一転鎖線で示す。すなわち、ここでは光線αが正規の情報記録光であり、光線β、γがノイズ成分となる。

反射した情報記録面に対して共役の関係となる位置で集光がなされるので、光線αは、第１の光学素子ＯＥ１と第２の光学素子ＯＥ２との間における光軸方向の位置Ｘで集光される場合には、光線βは、位置Ｘよりも光情報記録媒体側（図１で左方）の位置Ｙで集光され、光線γは、位置Ｘよりも光検出器側（図１で右方）の位置Ｚで集光されることとなる。

しかるに、光線αのうち、第１の光学領域Ａを通過する部分は、必ず第４の光学領域Ｄを通過することとなり、更に第２の光学領域Ｂを通過する部分は、必ず第３の光学領域Ｃを通過することとなる。従って、第１の光学素子ＯＥ１に入射する前の光線αに対して、第２の光学素子ＯＥ２から出射した後の光線αは偏光方向が９０度異なっている（第１の偏光方向）。

これに対し、光線βのうち、第１の光学領域Ａを通過する部分は、第３の光学領域Ｃを通過することとなり、更に第２の光学領域Ｂを通過する部分は、第４の光学領域Ｄを通過することとなる。従って、第１の光学素子ＯＥ１に入射する前の光線βに対して、第２の光学素子ＯＥ２から出射した後の光線βは偏光方向が不変である（第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向）。

同様に、光線γのうち、第１の光学領域Ａを通過する部分は、第３の光学領域Ｃを通過することとなり、更に第２の光学領域Ｂを通過する部分は、第４の光学領域Ｄを通過することとなる。従って、第１の光学素子ＯＥ１に入射する前の光線γに対して、第２の光学素子ＯＥ２から出射した後の光線γは偏光方向が不変である（第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向）。

このように、正規の情報記録光（主光束ともいう）と、ノイズ成分の光（副光束ともいう）とで、例えば９０度偏光方向が異なるので、第２の光学素子ＯＥ１の出射光を、偏光ビームスプリッタのごとき偏光分岐手段を通過させることで、例えば正規の情報記録光を反射させ、ノイズ成分の光を透過させることができ、それによりノイズ成分の除去が可能となる。尚、正規の情報記録光を透過させて光検出器に導き、ノイズ成分の光を反射させてもよい。又、偏光分岐手段としては、偏光ビームスプリッタに限らず、所定の偏光状態にある正規の情報記録光のみを通過させる直線偏光板を用いてもよい。

更に、条件式（１）の意義について説明する。倍率ｍが、式（１）の下限を下回ると、第１の光学素子と第２の光学素子との間隔ｄが小さくなりすぎ、アライメントしにくくなり、光軸垂直方向のずれ感度が高くなる。更に、倍率ｍが、式（１）の下限を下回ると、正規の情報記録光とノイズ成分の光とを分離することが難しくなる。なぜならば、正規の情報記録光とノイズ成分の光を集光素子で集光すると、集光されたスポットの光軸方向の間隔Ｚ０は、ほぼ倍率ｍの２乗に比例するため（Ｚ０∝ｍ²）、倍率ｍが式（１）の下限を下回って小さくなると、スポット光軸方向の間隔が短くなり、それにともなって間隔ｄも短くしなくてはならなくなるからである。ここで、スポット間隔Ｚ０は、集光素子によって集光されたスポット中心からスポット光軸の強度が１％となる光軸方向の位置をスポット端として、情報の記録及び／又は再生を行おうとする情報記録層からのスポット端と、隣接する情報記録層のスポット端との間隔を表している。図１３に、光ディスクごとのスポット間隔と倍率の関係を示す。

また、倍率ｍが小さくなると、第１の光学素子と第２の光学素子の有効領域Ｄが小さくなり、アライメント精度が厳しく、光軸垂直方向誤差感度が大きくなる恐れがある。第１の光学素子と第２の光学素子の有効領域Ｄは、光情報記録媒体の層間距離をδとしたときに、Ｄ≒２δ・ＮＡ・ｍで決まるので、倍率ｍが式（１）の下限を下回ると、有効領域Ｄが小さくなり、精度が悪化し、信号光読み取り精度が低くなる恐れがある。

倍率ｍが、式（１）の上限を上回ると、第１の光学素子及び第２の光学素子自体が大きくなりすぎ、集光素子と第１の光学素子と第２の光学素子で構成される光学系が大きくなりすぎ、第１の光学素子への入射スポット径、すなわち有効領域Ｄが小さくなりすぎる恐れがある。倍率ｍが、式（１）の上限を上回ると、隣接する情報記録層の集光スポット間隔Ｚ０は長くなり、信号光を分離するためには好ましいが、光ピックアップ光学系の大型化を招く恐れがある。スポット間隔Ｚ０の長さにほぼ相当する間隔ｄを持つように第１の光学素子と第２の光学素子を配置するようにすると、構成が大きくなる。これに対し、第１の光学素子と第２の光学素子の構成を小さくしようとすると、集光スポットのＮＡが小さいため、有効領域Ｄが小さくなり、アライメントが難しくなる恐れがある。または有効領域Ｄの周辺の境界領域付近のみを使用するため、性能劣化の恐れがある。

請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、より好ましくは以下の式が成立することを特徴とする。
ＮＡ／０．３３ ≦ ｍ ≦ ＮＡ／０．０８ （１’）

請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記光源から出射される光束の波長λ１が、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、前記開口数ＮＡが０．８以上である場合、前記光情報記録媒体の情報記録面の層間距離δは以下の式を満たすことを特徴とする。
３．６（μｍ） ≦ δ ≦ ３５（μｍ） （２）

条件式（２）は、光情報記録媒体が主としてＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）である場合の層間距離δについて規定する。層間距離δが式（２）の下限を下回ると、第１の光学素子と第２の光学素子との最大間隔ｄが短くなるため、アライメントしにくくなり、また光軸垂直方向ずれ感度が高くなる恐れがある。更に、層間距離δが式（２）の下限を下回ると、有効領域Ｄも小さくなり、光軸垂直方向ずれ感度が更に高くなる恐れがある。ここで、最大間隔ｄは、スポット中心からスポット光軸の強度が１％となる光軸方向の位置をスポット端として、情報の記録及び／又は再生を行おうとする情報記録層からの反射光を読み取っているとき、それに隣接する情報記録層の反射光のスポット端が、第１の光学素子と第２の光学素子との間に入らない最大の間隔をいうものとする。

一方、層間距離δが式（２）の上限を上回ると、情報記録面の層間を大きくしたときに、一つの対物レンズで信号を読み取る際の球面収差が大きく発生してしまい、隣接信号を読み取れない恐れがある。また、情報記録面の層間が大きいと、それに伴ってＢＤの厚さも厚くなり、現実的には設計が難しいという問題がある。

請求項４に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記光源から出射される光束の波長λ１が、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、前記開口数ＮＡが０．８未満である場合、前記光情報記録媒体の情報記録面の層間距離δは以下の式を満たすことを特徴とする。
４．３（μｍ） ≦ δ ≦ ８０（μｍ） （３）

条件式（３）は、光情報記録媒体が主としてＨＤである場合の層間距離δについて規定する。層間距離δが式（３）の下限を下回ると、第１の光学素子と第２の光学素子との最大間隔ｄが短くなるため、アライメントしにくくなり、また光軸垂直方向ずれ感度が高くなる恐れがある。更に、層間距離δが式（３）の下限を下回ると、有効領域Ｄも小さくなり、光軸垂直方向ずれ感度が更に高くなる恐れがある。

一方、層間距離δが式（３）の上限を上回ると、情報記録面の層間を大きくしたときに、一つの対物レンズで信号を読み取る際の球面収差が大きく発生してしまい、隣接信号を読み取れない恐れがある。また、情報記録面の層間距離が大きいと、それに伴ってＨＤの厚さも厚くなり、現実的には設計が難しいという問題がある。

請求項５に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記光源から出射される光束の波長λ２が、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、前記開口数ＮＡが０．８未満である場合、前記光情報記録媒体の情報記録面の層間距離δは以下の式を満たすことを特徴とする。
５．５（μｍ） ≦ δ ≦ １００（μｍ） （４）

条件式（４）は、光情報記録媒体が主としてＤＶＤである場合の層間距離δについて規定する。層間距離δが式（４）の下限を下回ると、第１の光学素子と第２の光学素子との最大間隔ｄが短くなるため、アライメントしにくくなり、また光軸垂直方向ずれ感度が高くなる恐れがある。更に、層間距離δが式（３）の下限を下回ると、有効領域Ｄも小さくなり、光軸垂直方向ずれ感度が更に高くなる恐れがある。

一方、層間距離δが式（４）の上限を上回ると、情報記録面の層間を大きくしたときに、一つの対物レンズで信号を読み取る際の球面収差が大きく発生してしまい、隣接信号を読み取れない恐れがある。また、情報記録面の層間が大きいと、それに伴ってＤＶＤの厚さも厚くなり、現実的には設計が難しいという問題がある。

請求項６に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを一体的に形成したことを特徴とする。

請求項７に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光路中に反射素子を配置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は、請求項７に記載の発明において、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子と反射素子とを一体的に形成したことを特徴とする。

請求項９に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１の光学素子への入射光束を反射させる第１反射面と、前記第２の光学素子の出射光束を反射させる第２反射面とを有することを特徴とする。

請求項１０に記載の光ピックアップ装置は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子に、所定波長の光束が入射したときのみ、前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子から出射した前記主光束と前記副光束の偏光方向が異なることを特徴とする。

前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は、構造性複屈折構造を有すると好ましい。ここで、構造性複屈折について説明する。構造性複屈折とは、微細構造の方向性によって発生する複屈折をいい、例えば複屈折特性を持たない屈折率の異なる平板を光の波長より十分小さい（＜λ／２）周期で平行に並べた微細周期構造（いわゆるラインアンドスペース構造）は、複屈折特性を発生することが知られている（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ， Ｍａｘ Ｂｏｒｎ ａｎｄ Ｅｍｉｌ Ｗｏｌｆ， ＰＥＲＧＡＭＯＮ ＰＲＥＳＳ ＬＴＤ．参照）。偏光方向が溝に平行な光の屈折率ｎ_pと、垂直な光の屈折率ｎ_vとは、それぞれ、
ｎ_p＝（ｔｎ₁ ²＋（１−ｔ）ｎ₂ ²）^1/2 （１）
ｎ_v＝１／（ｔ／ｎ₁ ²＋（１−ｔ）／ｎ₂ ²）^1/2 （２）
となる。ｎ₁，ｎ₂はそれぞれ微細周期構造が形成された物質（ライン）の屈折率と、溝を埋める物質（スペース）の屈折率であり、また、ｔは微細周期構造のｄｕｔｙ比であり、ラインの幅をｗ₁とし、スペースの幅をｗ₂とすると、
ｔ＝ｗ₁／（ｗ₁＋ｗ₂） （３）
である。微細周期構造によれば同じ位相差だが光学軸方位の異なる波長板を一体に製作することが容易であり、又波長板間の境界で生じるロス領域を数μｍ以下とすることができ、情報記録光のロス低減、不要光遮断性能の向上を図れる。

水晶や方解石などの持つ複屈折特性は、その物質固有のものであり、変えることがほとんどできないものであるのに対して、微細周期構造の複屈折は、材料や形状を変えることで複屈折特性を容易に制御することが可能である。また、偏光方向が溝に平行な光と垂直な光との位相差（遅延量）Ｒｅは、微細周期構造の複屈折の高さ（溝の深さ）をｄとすると、
Ｒｅ＝（ｎ_p−ｎ_v）ｄ （４）
となる。これらの式より、微細周期構造の複屈折のｄｕｔｙ比ｔおよび微細周期構造の複屈折の高さ（溝の深さ）ｄを可変にすれば位相差（遅延量）Ｒｅを変化させることができることが分かる。

例えば光学素子として、４００ｎｍのレーザ光用のλ／４波長板を形成しようとしたときに、常温での屈折率が１．５程度の樹脂素材を用いて、ラインの幅を１００ｎｍ、スペースの幅を９０ｎｍとすると、微細構造の高さｄ＝１２００ｎｍとする必要がある。すなわち、アスペクト比は１２程度となる。

本明細書中において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指すものとする。従って、本明細書中において、対物レンズの光情報記録媒体側（像側）の開口数ＮＡとは、対物レンズの最も光情報記録媒体側に位置する面の開口数ＮＡを指すものである。

本発明によれば、多層の情報記録面を備えた光情報記録媒体を使用する際に、ノイズを効果的に除去できる光ピックアップ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図２は、多層の情報記録面を有する光情報記録媒体（光ディスクともいう）であるＤＶＤに対して適切に情報の記録／再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。尚、本発明は、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）、ＨＤ ＤＶＤ、ＣＤその他の多層式の光ディスクに適用できることはいうまでもない。

図３は、第１の光学素子である第１波長板ＯＥ１と、第２の光学素子である第２波長板ＯＥ２とを示す斜視図である。図２において、薄い板状である第１波長板ＯＥ１の光学面には、不図示の光軸を挟んで第１の光学領域Ａと第２の光学領域Ｂとが形成されている。第１の光学領域Ａには、複数の微細な壁ＷＡが等間隔で配置されている。第２の光学領域Ｂには、複数の微細な壁ＷＢが等間隔で配置されているが、各壁ＷＢと壁ＷＡとは直交した状態で端部同士が接合されている。壁ＷＡ、ＷＢにより構造性複屈折構造を形成する。

同様に、薄い板状である第２波長板ＯＥ２の光学面には、不図示の光軸を挟んで第３の光学領域Ｃと第４の光学領域Ｄとが形成されている。第３の光学領域Ｃには、複数の微細な壁ＷＣが等間隔で配置されているが、光軸方向に対向する壁ＷＡとは光軸方向に見て直交している。第４の光学領域Ｄには、複数の微細な壁ＷＤが等間隔で配置されているが、光軸方向に対向する壁ＷＢとは光軸方向に見て直交している。各壁ＷＣと壁ＷＤとは直交した状態で端部同士が接合されており、壁ＷＣ、ＷＤにより構造性複屈折構造を形成する。

第１波長板ＯＥ１と第２波長板ＯＥ２を通過した光束において、第１の光学領域Ａと第４の光学領域Ｄとを通過した光束、及び第２の光学領域Ｂと第３の光学領域Ｃとを通過した光束は、偏光方向が９０度変化しており、第１の光学領域Ａと第３の光学領域Ｃとを通過した光束、及び第２の光学領域Ｂと第４の光学領域Ｄとを通過した光束は、偏光方向が不変となっている。具体的な例としては、第１の光学領域Ａを通過した光束に＋λ／４の位相差を生じさせ、第２の光学領域Ｂを通過した光束に−λ／４の位相差を生じさせ、第３の光学領域Ｃを通過した光束に−λ／４の位相差を生じさせ、第４の光学領域Ｄを通過した光束に＋λ／４の位相差を生じさせることが考えられる。又、第１の光学領域Ａを通過した光束に＋λ／２の位相差を生じさせ、第２の光学領域Ｂを通過した光束に０の位相差を生じさせ、第３の光学領域Ｃを通過した光束に＋λ／２の位相差を生じさせ、第４の光学領域Ｄを通過した光束に０の位相差を生じさせてもよい。ここで、壁ＷＡ〜ＷＤの間隔と高さを調整することで、波長λ１（３５０ｎｍ≦λ１≦４５０ｎｍ）の光束が通過したときに構造性複屈折を生じさせ、あるいは波長λ２（６００ｎｍ≦λ２≦７００ｎｍ）の光束が通過したときに構造性複屈折を生じさせ、又は波長λ３（７５０ｎｍ≦λ３≦８００ｎｍ）の光束が通過したときに構造性複屈折を生じさせるというように、特定の波長にのみ反応するように構成できる。

図２において、光ピックアップ装置ＰＵ１において、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、半導体レーザＬＤ１を発光させる。半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、図２において実線でその光線経路を描いたように、カップリングレンズＣＬを通過して平行光束に変換された後、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、凸レンズＬ１と凹レンズＬ２からなるエキスパンダレンズＥＸＰを通過し、更にλ／４波長板ＱＷＰを通過した後、図示しない絞りにより光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって情報の記録及び／又は再生を行おうとするＤＶＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータ（不図示）によってフォーカシングやトラッキングを行う。

情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、λ／４波長板ＱＷＰ、エキスパンダレンズＥＸＰを透過した後、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１を通過する。第１偏光ビームスプリッタＢＳ１から出射した光束は、集光素子であるレンズＬ３により収束光束とされ、第１波長板ＯＥ１を通過して、第１波長板ＯＥ１と第２波長板ＯＥ２との間で集光した後、第２波長板ＯＥ２を通過し、レンズＬ４により平行光束とされる。

上述したように、第１波長板ＯＥ１及び第２波長板ＯＥ２を通過した光束において、情報の記録及び／又は再生を行おうとする情報記録面からの反射光（主光束）は、偏光方向が９０度傾いているので、偏光分岐手段である第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射され、レンズＬ５で集光され、センサレンズＳＥＮにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。別の情報記録層に対して情報の記録及び／又は再生を行う場合には、エキスパンダレンズＥＸＰのレンズＬ２を光軸方向に移動させて、集光位置を変えるようになっている。

本実施の形態によれば、第１波長板ＯＥ１及び第２波長板ＯＥ２を通過した光束において、情報の記録及び／又は再生を行おうとする情報記録面以外の情報記録面からの反射光（副光束）は、ノイズ成分であり、偏光方向が不変であるので、第２偏光ビームスプリッタＢＳ２を透過するため光検出器ＰＤには届かず、これによりエラーの発生などを抑制できる。又、光検出器ＰＤに向かう光束の光路は、ミラーＭにより折り曲げられているので、光ピックアップ装置ＰＵ１の構成をコンパクトにできる。

更に、本実施の形態によれば、情報記録面から反射した光束を集光素子（レンズＬ３）で集光させたときの倍率ｍが、式（１）を満たすようにすることで、第１の光学素子ＯＥ１と第２の光学素子ＯＥ２との間隔ｄが小さくなりすぎず、アライメントしやすく、光軸垂直方向のずれ感度が低い構成を提供できる。更に、正規の情報記録光とノイズ成分の光とを分離することが容易になる。加えて、第１の光学素子ＯＥ１と第２の光学素子ＯＥ２の有効領域Ｄが大きくなり、アライメント精度が緩やかで、光軸垂直方向誤差感度が低くなるり、信号光読み取り精度が高くなる。一方、倍率ｍが、式（１）を満たすようにすることで、第１の光学素子ＯＥ１及び第２の光学素子ＯＥ２自体が小さくでき、且つレンズＬ３と第１の光学素子ＯＥ１と第２の光学素子ＯＥ２で構成される光学系を小さくでき、第１の光学素子ＯＥ１への入射スポット径、すなわち有効領域Ｄを大きく確保できる。

図４は、多層の情報記録面を有する光情報記録媒体（光ディスクともいう）であるＢＤとＤＶＤに対して適切に情報の記録／再生を行える第２の実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ２の構成を概略的に示す図である。

ＢＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合、エキスパンダレンズＥＸＰのレンズＬ２を光軸方向に移動させ、その情報記録面ＲＬ１に対する集光スポットの球面収差を最小とする。第１の半導体レーザＬＤ１を発光させると、半導体レーザＬＤ１から射出された波長λ１（４００ｎｍ程度）の発散光束は、図４に示すように、第１のカップリングレンズＣＬ１を通過して平行光束に変換された後、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１により反射され、凸レンズＬ１と凹レンズＬ２からなるエキスパンダレンズＥＸＰを通過し、更にλ／４波長板ＱＷＰを通過した後、図示しない絞りにより光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって情報の記録及び／又は再生を行おうとするＢＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータ（不図示）によってフォーカシングやトラッキングを行う。

情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、λ／４波長板ＱＷＰ、エキスパンダレンズＥＸＰを透過した後、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１及び第３偏光ビームスプリッタＢＳ３を通過する。第３偏光ビームスプリッタＢＳ３から出射した光束は、集光素子であるレンズＬ３により収束光束とされ、第１波長板ＯＥ１を通過して、第１波長板ＯＥ１と第２波長板ＯＥ２との間で集光した後、第２波長板ＯＥ２を通過し、レンズＬ４により平行光束とされる。

上述したように、第１波長板ＯＥ１及び第２波長板ＯＥ２を通過した光束において、情報の記録及び／又は再生を行おうとする情報記録面からの反射光（主光束）は、偏光方向が９０度傾いているので、偏光分岐手段である第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射され、レンズＬ５で集光され、センサレンズＳＥＮにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＢＤに記録された情報を読み取ることができる。

ＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合、エキスパンダレンズＥＸＰのレンズＬ２を光軸方向に移動させ、その情報記録面ＲＬ２に対する集光スポットの球面収差を最小とする。第２の半導体レーザＬＤ２を発光させると、半導体レーザＬＤ２から射出された波長λ２（６５０ｎｍ程度）の発散光束は、図４に示すように、第２のカップリングレンズＣＬ２を通過して平行光束に変換された後、第３偏光ビームスプリッタＢＳ３により反射され、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１、凸レンズＬ１と凹レンズＬ２からなるエキスパンダレンズＥＸＰを通過し、更にλ／４波長板ＱＷＰを通過した後、図示しない絞りにより光束径が規制され、対物レンズＯＢＪによって情報の記録及び／又は再生を行おうとするＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。対物レンズＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータ（不図示）によってフォーカシングやトラッキングを行う。

情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズＯＢＪ、λ／４波長板ＱＷＰ、エキスパンダレンズＥＸＰを透過した後、第１偏光ビームスプリッタＢＳ１及び第３偏光ビームスプリッタＢＳ３を通過する。第３偏光ビームスプリッタＢＳ３から出射した光束は、集光素子であるレンズＬ３により収束光束とされ、第１波長板ＯＥ１を通過して、第１波長板ＯＥ１と第２波長板ＯＥ２との間で集光した後、第２波長板ＯＥ２を通過し、レンズＬ４により平行光束とされる。

上述したように、第１波長板ＯＥ１及び第２波長板ＯＥ２を通過した光束において、情報の記録及び／又は再生を行おうとする情報記録面からの反射光（主光束）は、偏光方向が９０度傾いているので、偏光分岐手段である第２偏光ビームスプリッタＢＳ２で反射され、レンズＬ５で集光され、センサレンズＳＥＮにより非点収差が付加され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。尚、互換光ディスクについては、ＢＤとＤＶＤの組み合わせに限られない。

図５（ａ）は、光ディスクとしてＢＤを用いた場合における、倍率と最大間隔との関係を示す図であり、図５（ｂ）は、倍率と有効領域との関係を示す図である。層間距離δ＝１０μｍ、開口数ＮＡ＝０．８５，光源波長λ＝４０５ｎｍ、光ディスクの屈折率を１．６とすると、条件式（１）より倍率ｍの範囲は、０．８５／０．３５≦ｍ≦０．８５／０．０５、すなわち２．４３≦ｍ≦１７となる。ここで倍率ｍを５とすれば、最大間隔ｄは０．７ｍｍであり、有効領域Ｄは１４０μｍである。

図６（ａ）は、光ディスクとしてＨＤ ＤＶＤを用いた場合における、倍率と最大間隔との関係を示す図であり、図６（ｂ）は、倍率と有効領域との関係を示す図である。層間距離δ＝２０μｍ、開口数ＮＡ＝０．６５，光源波長λ＝４０５ｎｍ、光ディスクの屈折率を１．６とすると、条件式（１）より倍率ｍの範囲は、０．６５／０．３５≦ｍ≦０．６５／０．０５、すなわち１．８６≦ｍ≦１３となる。ここで倍率ｍを５とすれば、最大間隔ｄは１．５ｍｍであり、有効領域Ｄは２１０μｍである。

図７（ａ）は、光ディスクとしてＤＶＤを用いた場合における、倍率と最大間隔との関係を示す図であり、図７（ｂ）は、倍率と有効領域との関係を示す図である。層間距離δ＝５５μｍ、開口数ＮＡ＝０．６５，光源波長λ＝６５８ｎｍ、光ディスクの屈折率を１．６とすると、条件式（１）より倍率ｍの範囲は、０．６５／０．３５≦ｍ≦０．６５／０．０５、すなわち１．８６≦ｍ≦１３となる。ここで倍率ｍを５とすれば、最大間隔ｄは４．４ｍｍであり、有効領域Ｄは５７０μｍである。

図８（ａ）は、光ディスクとしてＢＤを用いた場合における、光ディスクの層間距離と最大間隔との関係を示す図であり、図８（ｂ）は、光ディスクの層間距離と有効領域との関係を示す図である。条件式（２）よりＢＤにおける層間距離δの範囲は、３．６μｍ≦δ≦３５μｍであるので、光源波長λ＝４０５ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．８５，倍率ｍを５倍、光ディスクの屈折率を１．６とするときに、層間距離δ＝１０μｍであれば、最大間隔ｄは０．７ｍｍであり、有効領域Ｄは１４０μｍである。

図９（ａ）は、光ディスクとしてＨＤ ＤＶＤを用いた場合における、光ディスクの層間距離と最大間隔との関係を示す図であり、図９（ｂ）は、光ディスクの層間距離と有効領域との関係を示す図である。条件式（３）よりＨＤ ＤＶＤにおける層間距離δの範囲は、４．３μｍ≦δ≦８０μｍであるので、光源波長λ＝４０５ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．６５，倍率ｍを５倍、光ディスクの屈折率を１．６とするときに、層間距離δ＝２０μｍであれば、最大間隔ｄは１．５ｍｍであり、有効領域Ｄは２１０μｍである。

図１０（ａ）は、光ディスクとしてＤＶＤを用いた場合における、光ディスクの層間距離と最大間隔との関係を示す図であり、図１０（ｂ）は、光ディスクの層間距離と有効領域との関係を示す図である。条件式（４）よりＤＶＤにおける層間距離δの範囲は、５．５μｍ≦δ≦１００μｍであるので、光源波長λ＝６５８ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．６５，倍率ｍを５倍、光ディスクの屈折率を１．６とするときに、層間距離δ＝２５μｍであれば、最大間隔ｄは１．７５ｍｍであり、有効領域Ｄは２６０μｍである。

図１１は、光ディスクの層間距離と波面収差との関係を示す図である。層間距離δが１０μｍのとき、ＢＤの波面収差は０．１λｒｍｓであり、ＨＤ ＤＶＤ及びＤＶＤの波面収差は０．０１λｒｍｓ以下である。

(設計例１）
ＢＤ用の光ピックアップ装置において、層間距離δ＝１０μｍ、開口数ＮＡ＝０．８５，光源波長λ＝４０５ｎｍ、光ディスクの屈折率を１．６とすると、条件式（１）より倍率ｍを５倍に設定すれば、最大間隔ｄ＝７１４μｍ、有効領域Ｄ＝１３６μｍとなる。

(設計例２）
ＢＤ及びＨＤ ＤＶＤ用の互換光ピックアップ装置において、第１の光学素子と第２の光学素子とは屈折率１．６の媒質で満たされており、ＢＤにおいて層間距離δ＝１０μｍ、開口数ＮＡ＝０．８５，光源波長λ＝４０５ｎｍ、光ディスクの屈折率を１．６とし、ＨＤ ＤＶＤにおいて層間距離δ＝２０μｍ、開口数ＮＡ＝０．６５，光源波長λ＝４０５ｎｍ、光ディスクの屈折率を１．６とすると、条件式（１）より倍率ｍを７倍に設定したときに、ＢＤについては、最大間隔ｄ＝８１０μｍ、有効領域Ｄ＝１１９μｍとなり、ＨＤ ＤＶＤについては、最大間隔ｄ＝１６７０μｍ、有効領域Ｄ＝１８２μｍとなる。ここで、第１の光学素子と第２の光学素子を共通に用いるので、ＢＤの最大間隔ｄ＝８１０μｍを採用することとなり、従ってＨＤ ＤＶＤの最大領域Ｄ＝１８２×（８１０／１６７０）＝８８μｍとなる。

図１２は、第１の光学素子と第２の光学素子の構成例を示す図である。図１２（ａ）において、第１の光学素子ＯＥ１と第２の光学素子ＯＥ２との間に平行平板ＰＰを接着配置して一体化している。かかる構成によれば、組立時の光軸調整などが不要であり、取り扱い性に優れる。

図１２（ｂ）において、第１の光学素子ＯＥ１と第２の光学素子ＯＥ２とを同一平面上に並べ、それに対して平行平板ＰＰを隔ててミラーＭを対向配置して一体化している。かかる場合、第１の光学素子ＯＥ１から入射した光束は、第１の光学素子ＯＥ１とミラーＭとの間で集光し、反射した光束が第２の光学素子ＯＥ２を介して出射するようになっている。尚、構造性複屈折構造をミラーＭ上に形成することで、第１の光学素子ＯＥ１と第２の光学素子ＯＥ２とを共通化できる。

図１２（ｃ）において、第１のプリズムＰＳ１は、入射面ＩＰ１と、反射面Ｒ１と、出射面ＯＰ１を有しており、出射面ＯＰ１には、複数の微細な壁（図２参照）からなる第１の領域Ａと第２の領域Ｂを含む構造性複屈折構造ＯＥ１が形成されている。又、第２のプリズムＰＳ２は、入射面ＩＰ２と、反射面Ｒ２と、出射面ＯＰ２を有しており、入射面ＩＰ１には、複数の微細な壁（図２参照）からなる第３の領域Ｃと第４の領域Ｄを含むを含む構造性複屈折構造ＯＥ２が形成されている。第１のプリズムＰＳ１と第２のプリズムＰＳ２との間に、平行平板ＰＰが密着配置されている。

図１２（ｃ）において、光ディスクから反射したの収束光は、第１のプリズムＰＳ１の入射面ＩＰ１を通過し、反射面Ｒ１で反射され、出射面ＯＰ１に形成された構造性複屈折構造ＯＥ１を通過した後、平行平板ＰＰ内で集光し、更に第２のプリズムＰＳ２の入射面ＩＰ２に形成された構造性複屈折構造ＯＥ２を通過し、反射面Ｒ２で反射されて、出射面ＯＰ２から出射するようになっており、これにより上述したように、情報の記録及び／又は再生を行おうとする情報記録面からの反射光のみが光検出器に向かうこととなる。尚、平行平板ＰＰの内部は空気層でもかまわない。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

本発明の原理を説明するための図である。 多層の情報記録面を有する光情報記録媒体（光ディスクともいう）であるＤＶＤに対して適切に情報の記録／再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。 第１の光学素子である第１波長板ＯＥ１と、第２の光学素子である第２波長板ＯＥ２とを示す斜視図である。 第２の実施の形態にかかる光ピックアップ装置ＰＵ２の概略構成図である。 図５（ａ）は、光ディスクとしてＢＤを用いた場合における、倍率と最大間隔との関係を示す図であり、図５（ｂ）は、倍率と有効領域との関係を示す図である。 図６（ａ）は、光ディスクとしてＨＤ ＤＶＤを用いた場合における、倍率と最大間隔との関係を示す図であり、図６（ｂ）は、倍率と有効領域との関係を示す図である。 図７（ａ）は、光ディスクとしてＤＶＤを用いた場合における、倍率と最大間隔との関係を示す図であり、図７（ｂ）は、倍率と有効領域との関係を示す図である。 図８（ａ）は、光ディスクとしてＢＤを用いた場合における、光ディスクの層間距離と最大間隔との関係を示す図であり、図８（ｂ）は、光ディスクの層間距離と有効領域との関係を示す図である。 図９（ａ）は、光ディスクとしてＨＤ ＤＶＤを用いた場合における、光ディスクの層間距離と最大間隔との関係を示す図であり、図９（ｂ）は、光ディスクの層間距離と有効領域との関係を示す図である。 図１０（ａ）は、光ディスクとしてＤＶＤを用いた場合における、光ディスクの層間距離と最大間隔との関係を示す図であり、図１０（ｂ）は、光ディスクの層間距離と有効領域との関係を示す図である。 光ディスクの層間距離と波面収差との関係を示す図である。 第１の光学素子と第２の光学素子の構成例を示す図である。 スポット間隔と倍率の関係を示す図である。

符号の説明

Ａ〜Ｄ 光学領域
ＢＳ 偏光ビームスプリッタ
ＢＳ１ 第１の偏光ビームスプリッタ
ＢＳ２ 第２の偏光ビームスプリッタ
ＢＳ３ 第３の偏光ビームスプリッタ
ＣＬ カップリングレンズ
ＥＸＰ エキスパンダレンズ
ＩＰ 入射面
ＩＰ１ 入射面
ＩＰ２ 入射面
Ｌ１ 凸レンズ
Ｌ２ 凹レンズ
Ｌ３ レンズ
Ｌ４ レンズ
Ｌ５ レンズ
ＬＤ１ 半導体レーザ
Ｍ ミラー
ＯＢＪ 対物レンズ
ＯＥ１ 第１の光学素子
ＯＥ１ 構造性複屈折構造
ＯＥ２ 第２の光学素子
ＯＥ２ 構造性複屈折構造
ＯＰ 出射面
ＯＰ１ 出射面
ＯＰ２ 出射面
ＰＤ 光検出器
ＰＳ プリズム
ＰＳ１ 第１のプリズム
ＰＳ２ 第２のプリズム
ＰＵ１ 光ピックアップ装置
ＰＵ２ 光ピックアップ装置
ＱＷＰ λ／４波長板
Ｒ１ 反射面
Ｒ２ 反射面
ＲＬ１ 情報記録面
ＳＥＮ センサレンズ
ＷＡ 壁
ＷＢ 壁
ＷＣ 壁
ＷＤ 壁

Claims (10)

1. 光源からの光束を、対物レンズを介して光情報記録媒体の多層の情報記録面のいずれかに集光することによって情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置において、
   光軸を挟んで第１の光学領域と第２の光学領域とを備えた第１の光学素子と、
   光軸を挟んで第３の光学領域と第４の光学領域とを備えた第２の光学素子と、
   光情報記録媒体の情報記録面から反射した光束を入射して、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間で集光を行わせる集光素子と、を有し、
   前記第１の光学領域と前記第４の光学領域とを通過した主光束、及び前記第２の光学領域と前記第３の光学領域とを通過した主光束は、偏光方向が第１の方向であり、
   前記第１の光学領域と前記第３の光学領域とを通過した副光束、及び前記第２の光学領域と前記第４の光学領域とを通過した副光束は、偏光方向が前記第１の方向とは異なる第２の方向であり、
   情報記録面から反射した光束を前記集光素子で集光させたときの倍率をｍとし、前記対物レンズの光情報記録媒体側の開口数をＮＡとしたときに、以下の式が成立することを特徴とする光ピックアップ装置。
   ＮＡ／０．３５ ≦ ｍ ≦ ＮＡ／０．０５ （１）
2. 以下の式が成立することを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
   ＮＡ／０．３３ ≦ ｍ ≦ ＮＡ／０．０８ （１’）
3. 前記光源から出射される光束の波長λ１が、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、前記開口数ＮＡが０．８以上である場合、前記光情報記録媒体の情報記録面の層間距離δは以下の式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
   ３．６（μｍ） ≦ δ ≦ ３５（μｍ） （２）
4. 前記光源から出射される光束の波長λ１が、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、前記開口数ＮＡが０．８未満である場合、前記光情報記録媒体の情報記録面の層間距離δは以下の式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
   ４．３（μｍ） ≦ δ ≦ ８０（μｍ） （３）
5. 前記光源から出射される光束の波長λ２が、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、前記開口数ＮＡが０．８未満である場合、前記光情報記録媒体の情報記録面の層間距離δは以下の式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
   ５．５（μｍ） ≦ δ ≦ １００（μｍ） （４）
6. 前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを一体的に形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
7. 前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間の光路中に反射素子を配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
8. 前記第１の光学素子と前記第２の光学素子と反射素子とを一体的に形成したことを特徴とする請求項７に記載の光ピックアップ装置。
9. 前記第１の光学素子への入射光束を反射させる第１反射面と、前記第２の光学素子の出射光束を反射させる第２反射面とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
10. 前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子に、所定波長の光束が入射したときのみ、前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子から出射した前記主光束と前記副光束の偏光方向が異なることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光ピックアップ装置。