JP2009059443A - 光ピックアップ、光ディスク装置及び光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】２層ディスクへの記録または再生において、記録再生対象層以外の他層からの反射光が、不要光として光検出器の受光面上で信号光と干渉し、結果的に検出信号に大きな変動成分やノイズ成分を重畳してしまい、光ピックアップの性能が十分に確保できない。
【解決手段】
復路光路中に、高感度の光線進行角度選択性を備えた第１の不要光除去光学素子と、光軸近傍の微小領域にのみ遮光帯を設けた第２の不要光除去光学素子を配置する。これにより、不要光ビームだけを選択的に受光面上からほぼ完全に除去することができる。信号再生光の品質および光利用効率をほとんど低下させず、高い信頼性を備えた光ピックアップ及び光ディスク装置を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ディスクに記録された情報を再生する光ピックアップ及びそれを搭載した光ディスク装置に関する。

本技術分野の背景技術としては、例えば、下記特許文献１がある。特許文献１には、「片面に複数の記録層を持つ複数層光ディスクの記録及び／または再生時、隣接層による干渉光を抑制できて、ＤＰＰにより検出されたトラッキングエラー信号の揺れを改善できる光ピックアップを提供する。」と記載されている。

特開２００５−２０３０９０号公報

光ディスクシステムにおいては、記録容量の増加を図るために、信号記録面を２層化した２層ディスクが存在する。例えばＤＶＤにおいては、ＤＶＤ−ＲやＤＶＤ−ＲＷにて２層ディスクが存在し、単層の光ディスクの容量に対して約２倍の容量を実現している。また、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下ＢＤと記す。）や、ＨＤ−ＤＶＤ Ｄｉｓｃ（以下ＨＤと記す。）と呼ばれる高密度記録の光ディスクシステムにおいても同様に２層ディスクが存在する。

光ディスク装置に搭載される光ピックアップにおいては、光ディスクからの反射光を用いることにより、対物レンズのフォーカス方向やトラッキング方向のサーボ制御用の信号としている。そのため、信号に用いるべき反射光に不要な光が加わってしまうと、信号検出に不具合が生じてしまう。

特に、レーザ光源から出射される光ビームを０次光及び±１次光の少なくとも３つの光ビームに分岐して光ディスク上に照射し、光ディスクからの反射光を光検出器にて受光する光ピックアップにおいては、２層ディスクの再生動作を行った場合に、他層からの反射光が不要光成分となり、トラッキング信号の外乱成分となってしまうという課題がある。

このような課題に対して上記特許文献１では、当該信号再生層以外の隣接層からの不要光が光検出器に受光されることを抑制する目的で、所定の光学部材を対物レンズ直下に配置する手段が開示されている。しかしながらこの開示手段では、干渉光が光検出器に受光されることを防ぐため、隣接層からの不要光のみならず、肝心の信号再生光の一部までもが光検出器で受光できなくなってしまう。その結果、再生信号の品質劣化や信号再生時の光利用効率の低下などの弊害が免れないという課題がある。

本発明は、以上の状況を踏まえ、信号再生層以外の隣接層からの不要光を良好に抑制する一方で、信号再生光の品質および光利用効率をほとんど低下させず、高い信頼性を備えた光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することを目的とする。

上記目的は、例えば、特許請求の範囲に記載の発明により達成できる。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。

本発明の光ピックアップでは、再生のために対物レンズにて焦点合わせさせている記録層以外の記録層で反射する光ビームが、光検出器の受光面に入射されないように、対物レンズと光検出器との間に光学素子を配置する。

光学素子としては、入射面に対して所定の入射角度αで入射した所定の波長を有する光ビームを、所定の回折効率ηで所定の回折角度方向へ回折させる機能と、前記入射角度αに対して所定の微小角度誤差±δ以上ずれた入射角で前記入射面に入射した光ビームを、所定の透過率Tでそのまま透過させる機能とを有する光学素子が好ましい。

また、光学素子として、入射される光ビームの中心光軸を含む所定の領域内に入射した光ビームを反射又は吸収させ、前記所定の領域外に入射した光ビームを、そのまま透過させる機能を備える部分遮光フィルタ素子を用いてもよい。

本発明によれば、高い信頼性を備えた光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することが可能になる。

本発明を実施するための具体的構成につき、以下に説明する。

以下、本発明の実施例１として、光ピックアップの構成について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例である光ピックアップ２０の光学系構成を示す概略図である。図１において、１は例えば波長４０５ｎｍ帯のレーザ光ビームを出射する半導体レーザ光源である。

半導体レーザ光源１より出射した光ビームは、直後に回折格子２に至る。ここで回折格子２は、入射光ビームを０次光および±１次回折光の３本の光ビームに分離する。なおこの回折格子２以降の光路では、事実上３本の光ビームが進行しているが、本明細書では簡単のために、原則としてメインの０次光ビームのみに限定して説明を進める。

また実際の光ピックアップでは、後述するようにフロントモニタ５によって半導体レーザ１の発光強度をモニタする必要がある。そのため、半導体レーザ光源１を出射し回折格子２で３本の光ビームに分離される往路光ビームは、後述するように全光量を対物レンズ７に向かわすわけではなく、一部の光量をフロントモニタ５に入射させる必要がある。そこで、往路光ビームには、紙面に対して完全に垂直のS偏光成分だけではなく、紙面に対してほぼ平行なP偏光成分もわずかに残している。

このように、半導体レーザ光源を出射した光ビームの偏光成分を調整するには、例えば半導体レーザ光源１自体を光軸回りにわずかに回転させて取り付けるか、レーザ光源１の直後に２分の１波長板のように光ビームの偏光方向を変換できる機能を備えた光学素子を配置すればよい。しかしながら、本発明は係る構成に限定されるものではなく、このような偏光方向変換素子が搭載されていない光ピックアップに対しても、本発明は充分適応可能である。したがって図１においては、２分の１波長板のような偏光方向変換素子は特に図示せず、またこれ以上の詳細な説明も省略する。

次に、２分の１波長板２を出射した光ビームは、ＰＢＳプリズム３に至る。ＰＢＳプリズム３は、入射した光ビームのＳ偏光成分をほぼ１００％反射し、Ｐ偏光成分をほぼ１００％透過する機能を備えた光学素子である。そのため、ＰＢＳプリズム３に到達した光ビームは、その光量のほとんどが入射方向に対して９０°方向に反射することとなり、残ったわずかな光量（Ｐ偏光成分）だけが、ＰＢＳプリズム３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５に至る。

一方、ＰＢＳプリズム３を反射した光ビームは、コリメートレンズ４によって略平行な光ビームに変換され、４分の１波長板６を透過することにより円偏光に変換された後、対物レンズ７に入射する。対物レンズ７は、４０５ｎｍ帯の光ビームが平行光で入射した場合に、例えばＢＤのように基板厚さが０．１ｍｍである第１の光ディスク１１の情報記録面に対して合焦可能なレンズである。

なお、この対物レンズ７は、駆動コイル９や該駆動コイル９に対向する位置に配置されたマグネット１０等から構成されるアクチュエータ８に保持されており、このアクチュエータ８に所定の対物レンズ位置制御信号を供給することにより、対物レンズ７を光ディスク１１の半径方向およびディスク面に略垂直な光軸方向に位置調整できる構成になっている。また対物レンズ７を透過した光ビームは、記録時または再生時において、フロントモニタ５により検出した光量を基に、そのディスク照射光強度が制御されている。

次に、光ディスク１１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７を経て４分の１波長板６に至り、この４分の１波長板６を透過することで往路光の偏光方向（S偏光）に対して直交したＰ偏光に変換される。その後、このディスク反射光ビームはコリメートレンズ４に通過し、平行光ビームから収束光ビームに変換されて再びＰＢＳプリズム３に到達する。そして往路とは異なり、このＰＢＳプリズム３を約１００％の透過率で透過し、検出レンズ１２、第１の不要光除去用フィルタ１３、第２の不要光除去用フィルタ１４を経て、光検出器１５内の所定の受光面上に集光され、それぞれ所定の光電変換信号が検出される。

以上概略を述べた光ピックアップの光学系構成のうち、第１の不要光除去用フィルタ１３および第２の不要光除去用フィルタ１４が、本発明の核心部分であり、その構成、機能および効果については後ほど詳しく説明する。

ところで、前記光検出器１５の各受光面（図示せず。）で検出された光電変換信号からは、フォーカス制御信号やトラッキング制御信号など対物レンズ７の位置制御に用いられる信号が生成され、その各制御信号がアクチュエータ８に供給されて対物レンズ７の位置制御が行なわれる。また上記各受光面うち所定の受光面から検出された光電変換信号からは、ディスクに記録されている情報信号なども再生される。

なお、上記のフォーカス制御信号やトラッキング制御信号の検出手段としては、その代表的な方式として、フォーカス制御信号は非点収差方式、トラッキング制御信号は、プッシュプル方式あるいはディファレンシャル・プッシュプル方式などがあり、本実施例の光ピックアップにおいても当然採用可能である。しかしながら、これらのフォーカスまたはトラッキング制御信号検出方式は、いずれも公知の技術であり、かつ本発明の内容とは直接関係しないので、詳しい説明は省略する。

また当然のことながら、本発明は上記のようなフォーカスおよびトラッキング制御信号検出方式に限定されるものではなく、いかなるフォーカスおよびトラッキング制御信号検出方式を採用した光ピックアップでも本発明を適用することができる。

ところで、２層ディスクに情報信号を記録する場合、あるいは逆に情報信号を２層ディスクから再生する場合は、図２（ａ）および（ｂ）に示すような、２つのケースがある。

すなわち、図２（ａ）のように、光ディスク１１内にあって対物レンズ７に対して遠い側（奥側）にある記録層１００（以下この記録層をＬ０層と記す。）を記録・再生対象層とし、Ｌ０層上の点Ｐに光ビーム５０を集光させるケース（以下このケースをケースＡと記す。）と、図２（ｂ）のように、対物レンズ７に対して近い側（手前側）にある記録層１０１（以下この記録層をＬ１層と記す。）を記録・再生対象層とし、Ｌ１層上の点Ｑに光ビーム５０を集光させるケース（以下このケースをケースＢと記す。）に分かれる。

いずれのケースにおいても、記録・再生対象層上の所定位置（図２におけるＰ点またはＱ点）に集光した光ビーム５０は、各記録・再生対象層を反射し、信号光ビーム５１として往路と同じ光路を逆に進行して再び対物レンズ７に達する。そして対物レンズ７を透過後、前記したような復路光路をたどり、最終的に例えば図３に示すように光検出器１５内にある所定の受光面７０、７１、７２上に集光し、各々所定の大きさの信号光スポット５２，５３，５４を形成する。

一方、集光ビーム５０の一部は、もう一方の記録層（ケースＡではＬ１層１０１、ケースＢではＬ０層１００）を反射し、不要光ビーム６１として信号光ビーム５１と同じく対物レンズ７に達する。そして従来の光ピックアップでは、この不要光ビーム６１も対物レンズ７を透過後、信号光ビーム５１と同様の復路光路をたどって、最終的に例えば図４に示すように、光検出器１５内にある所定の受光面７０、７１、７２およびその近傍に大きくぼやけた不要光スポット６２として照射される。

その結果、図４に示すように、信号光スポット５２，５３，５４と不要光スポット６２は、光検出器１５内の受光面７０、７１、７２それぞれの上で重なってしまい、そのために両光スポット間で干渉現象が生じて、結果的に各々の受光面で検出される光電変換信号に不要な変動成分やノイズ成分が重畳されてしまう。そしてこの不要な変動成分やノイズ成分により、各光電変換信号から生成または再生されるフォーカス制御信号やトラッキング制御信号あるいは情報再生信号の信号品質が著しく劣化してしまうという不都合が起きる。

そこで以下、本発明で開示する第１の不要光除去用フィルタ１３および第２の不要光除去用フィルタ１４は、それぞれ前記ケースＡおよびケースＢ各々のケースで発生する不要光ビームが光検出器１５内の各受光面上から除去し、信号品質劣化の原因となる信号光スポットとの干渉現象を起こさせないようにする機能を備えている。

以下各フィルタ素子の具体的構成、機能、効果を実施例２および実施例３として説明する。

まず、第１の不要光除去用フィルタ１３について説明する。今、光ディスク１１内の２つの記録層すなわち、Ｌ０層１００とＬ１層１０１の層間隔をΔとすると、ケースＡすなわち図２（ａ）のケースでは、不要光ビーム６１は、記録・再生対象層であるＬ０層１００上の集光点Ｐから約２Δ相当の距離だけ対物レンズ７側に近づいた点Ｐ’を仮想発光点とする発散光となって対物レンズ７に入射する。

このため対物レンズ７透過後の信号光ビーム５１と不要光ビーム６１を比べると、信号光ビーム５１はほぼ光軸に対して平行な光ビームに変換されるのに対して、不要光ビーム６１は明らかに所定の発散光ビームに変換される。その結果、光検出器１５に入射する各光ビームを比べると、図５（ａ）で示すように、信号光ビーム５１は実線のように所定の収束光ビームの状態で入射するのに対して、不要光ビーム６１は明らかにその収束度が緩和される。したがって検出光学系の光学設計によっては、例えば図５（ａ）の破線のように、光軸（図中の一点鎖線で表示）に対してほぼ平行光ビームの状態にすることも可能である。

図６は、上記のような状態の場合、光ビーム断面（Ｘ−Ｙ平面）上で各光ビームを複数の光線の束と見なし、その各光線の光軸に対する進行角度の分布を光線追跡シミュレーションの手法で計算してプロットした図である。この図から明らかなように、信号光ビーム５１を構成する各光線（図中の×印）は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共に約±２°の範囲でほぼ均等に分布しているのに対して、不要光ビーム６１を構成する光線（図中の○印）は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共に０°およびその極近傍に集中しており、光線進行角度の分布に関して明らかに著しい相違が見られる。

そこで、この光線進行角度の分布の顕著な相違点を利用し、何らかの光学素子によって、光軸に対する光線進行角度が０°およびその極近傍の角度を持つ光ビーム、すなわち光軸に対してほぼ平行な光ビームに対してのみ、例えば反射あるいは回折などの光学作用によって光路を大きく偏向させるか、光ビームそのものを消滅させることができれば、信号光ビーム５１にはほとんど影響を及ぼさず、不要光ビーム５１だけを光検出器の受光面から除去することが可能である。前記した第１の不要光除去用フィルタ１３は、このような機能を備えた光学素子である。

ところで、このような光線進行角度に対する高感度な選択性を備えた光学素子の具体例としては、ボリューム型（あるいは体積型）ホログラムと呼ばれる光学素子がある。このボリューム型ホログラムと呼ばれる光学素子は、名称からも明らかなように、ホログラム素子の一種であるが、一般のホログラム素子が平面的な構成、すなわち所定の面上にホログラフィックな回折格子を形成するのに対して、図７に示すように所定の厚みＤを有し、表面だけではなくその厚み方向についても、ホログラフィックな格子状構成を形成するものである。

その作製方法の具体例を簡単に説明すると、図７（ａ）に示すように、ほぼ透明な素材からなる素子１３と、所定の波長λを有し互いに可干渉性がある２本の平行光ビーム８０および８１を用意し、例えば光ビーム８０（以下これを参照光ビームと記す。）を素子１３に対して垂直に照射させる一方で、光ビーム８１を参照光ビーム８０に対して所定の角度θだけ傾けて照射させる。そしてこの両光ビームによって素子１３の表面および内部に形成される干渉縞の位置に、素材の屈折率変化などによってホログラフィックな格子状構成を３次元的に形成する。

このようにホログラフィックな格子状構成を３次元的に形成することにより、いわゆるブラッグ回折条件を非常に高感度化することができる。すなわち、上記の作製手段で作製されたボリューム型ホログラム素子１３は、図７（ｂ）中の実線で示すように、前記参照光ビーム８０と同様に素子１３に対して垂直に入射した波長λの光ビーム８２は、ほぼ１００％の効率で角度θ方向に回折された光ビーム８３となる。しかし、この入射光ビーム８２の入射角度が垂直方向からわずかに傾くと急速にその回折効率が低下する。例えば図７（ｂ）中の破線で示すように、入射角度の傾きがδ₀となった入射光ビーム８４については、その回折効率はほとんどゼロとなり、ほぼ１００％の光量が単純な透過光ビーム８５になってしまう。

学術文献（例えば、”Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｓｈｏｒｔ Ｃｏｕｒｓｅ Ｎｏｔｅｓ”， ＩＥＥＥ， ＳＰＩＥA & OSA 〔23, April, 2006〕）等によると、このボリューム型ホログラム素子における入射光ビームの角度誤差（傾き）δとその回折効率ηとの関係は、一般に以下の数式１で表され、さらにその関係をプロットすると図８に示すようなグラフになる。

ただし、ｎ：ホログラム素子の屈折率
Ｄ：ホログラム素子の板厚さ
θ：回折光の回折角度
λ：入射光ビームの波長

そして上記数式１から導出すると、回折効率１００％から最初に０％にまで低下する傾き幅δ₀（以下、これを傾き角の感度幅と記す。）は、以下の数式２で表される。

ここで数式２を用いて具体的な数値例を当てはめると、例えば、
波長λ＝４０５ｎｍ
屈折率ｎ＝１．５
素子板厚さ＝１．５ｍｍ
回折角度＝３０°
以上の値を上記数式２に代入すると、傾き角の感度幅δ₀は約０．０２°と極めて急峻な感度幅が得られることがわかる。

なお上記のように、傾き角の感度幅が０．０２°などという極めて急峻な値をとると、逆に実用には適しにくいものと推量される。しかしながら、ボリューム型ホログラムでは、その感度幅を任意に広げるために多重化という手法が可能である。これはホログラム参照光ビーム８０を垂直入射だけでなく、少しずつ角度を変えて繰り返し入射させ、その都度形成される光ビーム８１との干渉縞の位置にホログラフィックな格子構成を多重に形成していく手法である。このようにして作製されたボリューム型ホログラムでは、その入射光ビームの角度誤差（傾き）δとその回折効率ηとの関係は、図９に示すようにピーク位置が少しずつ移動したＳｉｎｃ関数の２乗のグラフが重畳されることにより、結果的に例えば図中の破線で示すごとく、任意の傾き角の感度幅δ₁を持った回折効率特性にすることが可能である。

なお、ボリューム型ホログラム自体は既に公知の技術であるので、これ以上の詳細な説明は省略するが、以上のような手法で作製されたボリューム型ホログラムは、上記したように光線進行角度に対して任意の感度幅で良好な選択性を持たせることができるので、第１の不要光除去用フィルタ１３として非常に有効な光学素子である。

すなわち図１０に示すように、上記のボリューム型ホログラムを第１の不要光除去用フィルタ素子１３として光ピックアップ２０の復路光路中に配置すると、信号光ビーム５１には、ほとんど影響を与えずに、不要光ビーム６１だけを選択的に所定の回折角度θで回折させ、フィルタ素子１３以降の光路を任意方向に大きく偏向させ、その結果光検出器１５内の受光面およびその近傍に全く入射させないようにすることができる。

図１１は、ケースAにおいて上記のボリューム型ホログラムを第１の不要光除去用フィルタ素子１３として光ピックアップ２０の復路光中に配置した場合に、光検出器１５内の受光面７０，７１，７２およびその周辺に照射される不要光ビームを光線追跡シミュレーションの計算手法を用いて算出、プロットしたスポットダイアグラムである。図中の微小な黒丸の一つ一つが不要光ビームを複数の光線の束と見なした場合の各光線の到達点である。図に示すように、フィルタ素子１３の不要光除去作用により、受光面およびその近傍に入射するはずであった不要光ビームがほぼ完全に取り除かれていることが確認できる。

なお本実施例では、ボリューム型ホログラムを用いた不要光除去用フィルタ素子の代表例として、該ボリューム型ホログラムに対してほぼ垂直入射した光ビームを回折させる例を取り上げて説明したが、当然のことながら、本発明はそれに限定されるものでは無い。

例えば、垂直入射ではなく、任意に設計された角度αおよびその近傍の角度で入射する光線を選択的に回折させるようなボリューム型ホログラムも可能であり、そのようなボリューム型ホログラムを不要光除去用フィルタ素子として用いても一向に構わない。

なおその場合は、ボリューム型ホログラムを作製する際に、参照光ビーム８０を素子に対して垂直入射させるのではなく、所定の設計角度αで入射させて作製することは言うまでもない。また当然の事ながら、このようなボリューム型ホログラムを不要光除去用フィルタ素子として用いるのは、フィルタ素子に対して上記の角度αおよびその近傍の角度で入射する光ビームを不要光ビームとする場合である。

さらに言うと本実施例は、第１の不要光除去用フィルタ素子１３の具体例として、ボリューム型ホログラムを取り上げて説明したが、当然の事ながらそれに限定されるものではない。光線角度の選択性としてそれほどの高感度を必要としない場合は、一般のホログラム素子を用いても構わないし、ホログラム素子以外でも、例えば誘電体多層膜やフォトニック結晶など光線あるいは光ビームの進行角度依存性あるいは選択性を利用することが可能な素材であれば、どのような素材の物でも第１の不要光除去用フィルタ素子１３として使用できる可能性がある。

次に第２の不要光除去用フィルタ１４について説明する。ケースBすなわち図２（ｂ）のケースでは、不要光ビーム６１は、記録・再生対象層であるＬ1層１０１上の集光点Qから約２Δ相当の距離だけ対物レンズ７側から離れた点Q’を仮想発光点とする発散光となって対物レンズ７に入射する。

このため対物レンズ７透過後の信号光ビーム５１と不要光ビーム６１を比べると、信号光ビーム５１はほぼ光軸に対して平行な光ビームに変換されるのに対して、不要光ビーム６１は明らかに所定の収束光ビームに変換される。その結果、光検出器１５に入射する各光ビームを比べると、図５（ｂ）で示すように、信号光ビーム５１は実線のように所定の収束光ビームの状態で入射するのに対して、不要光ビーム６１は、例えば図中の破線で示すように、明らかにその収束度が強くなり、復路光路内例えば検出レンズ１２と光検出器１５間の光軸上所定位置に、光ビーム収束点Rを形成する。

そこで、収束点Rを含み光軸に垂直な平面２1で、信号光ビーム５１と不要光ビーム６１をそれぞれ切断した場合の両光ビーム断面を見ると、図１２に示すように、信号光ビーム５１は所定の大きさをもったほぼ円形の光ビーム断面になっているのに対して、不要光ビーム６１は、ほぼ光軸中心点Rおよびそのごく近傍の非常に小さな領域にのみ集中しており、光ビーム断面の大きさに関して、明らかに著しい相違が見られる。

そこでこの相違点を利用し、図１３に示すように、透過率がほぼ１００％の透明基板上のごく限られた微小領域にのみ光量を完全に遮断するための微小な遮光マスク２２を設けた光学素子１４を用意し、この光学素子１４を第２の不要光除去用フィルタとして光ピックアップ２０の復路光路内に配置し、その前記遮光マスク２２が前記平面２１内の光軸中心点Rおよびその近傍をカバーするように位置調整することで、信号光ビーム５１にはほとんど影響を与えずに、不要光ビーム６１のみをほぼ完全に遮断して光検出器１５内の各受光面上に照射されないようにすることができる。

光学素子１４の遮光マスク２２の大きさは、通過する光ビームのうち、不要光ビームのみを遮断することができれば任意の大きさや形状にすることができ、例えば、数十μｍ程度の大きさで形成することができる。現状の光ピックアップの構成では、遮光マスクの大きさとしては、約５０μｍであればよい。光学素子１４の遮光マスク２２の位置は、復路光路内で不要光ビームの焦点位置と略一致する位置に配置することが好ましい。

図１４は、ケースBにおいて上記の微小遮光マスクを備えた光学素子を第２の不要光除去用フィルタ素子１４として光ピックアップ２０の復路光中に配置した場合に、光検出器１５内の受光面７０，７１，７２およびその周辺に照射される不要光ビームを光線追跡シミュレーションの計算手法を用いて算出、プロットしたスポットダイアグラムである。図中の微小な黒丸の一つ一つが不要光ビームを複数の光線の束と見なした場合の各光線の到達点である。図に示すように、フィルタ素子１４の不要光遮断作用により、受光面およびその近傍に入射するはずであった不要光ビームがほぼ完全に取り除かれていることが確認できる。

以上述べてきたように、同一の光ピックアップ内に前記した第１の不要光除去用フィルタ１３および第２の不要光除去用フィルタ１４を共に配置することにより、２層ディスク内のどちらの記録層を記録・再生対象層とした場合でも、信号光ビームにほとんど影響を与えず、他の記録層から発生する不要光ビームのみを選択的に光検出器の受光面から排除し、信号光ビームと不要光ビームとの干渉に起因する各検出信号あるいは再生信号の信号品質劣化の問題を良好に解消することができる。

なお、図１や図５、図１０等に示した光ピックアップ２０の復路光学系（検出光学系）構成では、光検出器１５に対して遠い側に第１の不要光除去用フィルタ１３を、近い側に第２の不要光除去用フィルタ１４を配置しているが、当然のことながら、この配置順は全く逆でも構わない。また第１の不要光除去用フィルタ１３と第２の不要光除去用フィルタ１４を接合して一つの光学素子としても一向に構わない。さらに言うと、これら第１および第２の不要光除去用フィルタを一緒に、あるいは個別に他の光学素子、例えば検出レンズ１２あるいは偏光ビームスプリッタ３などに接合しても構わない。このようにフィルタ素子同士あるいは他の光学素子と接合し、光学素子として一体化することで、光ピックアップ全体の部品点数を減らし、光学系構成を単純化することができる。
ところで、これまでの実施例は、全てＢＤやＨＤなど高密度メディアの２層ディスクを対象としていたが、本発明はこれに限定されるものではない。ＤＶＤやＣＤなど既存メディアにおける２層ディスクを対象としてもよいし、３層以上の高多層ディスクに対しても本発明は適用可能であり有効である。

次に、実施例４として、上記実施例１に示した本発明の光ピックアップ２０を搭載した光学的情報再生装置について説明する。図１５に本実施例における光ピックアップ２０を搭載した光学的情報再生装置の概略ブロック図を示す。光ピックアップ２０より検出された信号の一部は光ディスク判別回路１２１に送られる。光ディスク判別回路１２１における光ディスクの判別動作は、光ディスクの基板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に、光ピックアップ２０より検出された例えばフォーカス制御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１２４に送られる。さらに、光ピックアップ２０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１２２あるいは情報信号検出回路１２３に送られる。サーボ信号生成回路１２２では、光ピックアップ２０で検出された各種信号から、フォーカス制御信号やトラッキング制御信号を生成してコントロール回路１２４に送る。一方、情報信号検出回路１２３では、光ピックアップ２０の検出信号から光ディスク１１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１２４は、光ディスク判別回路１２１からの信号によって光ディスク１１が通常の単層ディスクか２層ディスク化を選別し、その結果に応じ、サーボ信号生成回路１２２にて生成されたフォーカス制御信号やトラッキング制御信号から所定の対物レンズ駆動信号を生成し、アクチュエータ駆動回路１２５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１２５は、光ピックアップ２０内の対物レンズアクチュエータを駆動し対物レンズ７の位置制御を行う。また、コントロール回路１２４は、アクセス制御回路１２６により光ピックアップ２０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１２７によりスピンドルモータ１３０を回転制御しディスク１１あるいは２層ディスク２２を回転させる。さらに、コントロール回路１２４は、レーザ点灯回路１２８を駆動することにより、光ピックアップ２０に搭載されている半導体レーザ１を光適宜点灯させ、光ディスク装置での記録再生動作を実現している。

ここで、光ピックアップ２０から出力された信号から情報信号を再生する情報信号再生部と、情報信号再生部から出力された信号を出力する出力部とを備えることで光ディスクの再生装置を構成することが可能である。また、情報信号を入力する情報入力部と、情報入力部から入力された情報から光ディスクに記録する信号を生成し、光ピックアップ２０に出力する記録信号生成部とを備えることで光ディスクの記録装置を構成することも可能である。

以上、本発明に従う光ピックアップ及び光ディスク装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良や変形を行うことができる。

本発明の光ピックアップ光学系構成例を示した概略図 図１の光ピックアップ光学系構成例における対物レンズ近傍を拡大表示した図 図１の光ピックアップ光学系構成例における光検出面近傍を拡大表示した図 図１の光ピックアップ光学系構成例における光検出面近傍を拡大表示した図 図１の光ピックアップ光学系構成例における復路検出系部分を拡大表示した図 本発明の第１の実施例における信号光と不要光の光線進行角度分布を示した図 本発明の第１の実施例で用いられるボリューム型ホログラムの基本的な作製方法と、その光学特性を示した概略側面図 本発明の第１の実施例で用いられるボリューム型ホログラムの光線入射角度と回折効率の関係の一例を示した線図 本発明の第１の実施例で用いられるボリューム型ホログラムの多重記録による回折感度幅拡大手法を説明するための線図 本発明の第１の実施例で用いられるボリューム型ホログラムを搭載した光ピックアップの機能を説明するための検出光学系部分の拡大図 本発明の第１の実施例における不要光除去効果を検証するために実施した光線追跡シミュレーションの結果を示すスポットダイアグラム 本発明の第２の実施例を説明するためのフィルタ素子１４の拡大図 本発明の第２の実施例を説明するためのフィルタ素子１４の拡大図 本発明の第２の実施例における不要光除去効果を検証するために実施した光線追跡シミュレーションの結果を示すスポットダイアグラム 本発明の光ピックアップを搭載した光ディスク装置の機能を説明するためのブロック図

符号の説明

１…半導体レーザ、２…回折格子、３…ＰＢＳプリズム、４…コリメータレンズ、５…フロントモニタ、６…４分の１波長板、７…対物レンズ、８…アクチュエータ、１１…光ディスク、１２…検出レンズ、１３…第１の不要光除去用フィルタ、１４…第２の不要光除去用フィルタ、１５…光検出器、２０…光ピックアップ、７０、７１、７２…光検出器内の各受光面

Claims (13)

1. 少なくとも２つの記録層を有する光ディスクに光ビームを照射し、前記光ディスクからの反射光ビームを検出する光ピックアップであって、
   所定の波長を有する光ビームを出射するレーザ光源と、
   前記光ディスクのいずれかの記録層上に前記光ビームを集光させるための対物レンズと、
   前記光ディスクの記録層からの反射光ビームの一部または全部を受光するように配置された光検出器と、
   前記対物レンズから前記光検出器に至る光路中配置される光学素子とを備え、
   前記光学素子は、入射面に対して所定の入射角度αで入射した前記光ビームを、所定の回折効率ηで所定の回折角度方向へ回折させ、前記入射角度αに対して所定の微小角度誤差±δ以上ずれた入射角で前記入射面に入射した光ビームを、所定の透過率Tでそのまま透過させるものであり、
   前記光ディスクのいずれかの記録層で反射した後、前記光学素子に入射し、前記光学素子によって前記所定の回折角度方向へ回折された光ビームが、前記光検出器内の受光面に照射されないように構成されていることを特徴とする光ピックアップ。
2. 請求項１に記載の光ピックアップであって、
   更に、前記対物レンズから前記光検出器に至る光路中に配置される部分遮光フィルタ素子を有し、
   前記部分遮光フィルタは、入射される光ビームの中心光軸を含む所定の領域内に入射した光ビームを反射又は吸収させ、前記所定の領域外に入射した光ビームを、そのまま透過させるものであり、
   前記光ディスクのいずれかの記録層で反射し、前記遮光フィルタ素子に入射後、前記遮光フィルタ素子によって反射又は吸収された光ビームが、前記光検出器内の受光面に照射されないように構成されていることを特徴とする光ピックアップ。
3. 請求項１又は２記載の光ピックアップであって、
   前記光学素子によって所定の回折角度方向に回折される光ビームは、再生のために前記対物レンズによって焦点合わせされている記録層よりも、前記対物レンズに近い側に位置する記録層で反射された光ビームであることを特徴とする光ピックアップ。
4. 請求項２に記載の光ピックアップであって、
   前記部分遮光フィルタ素子の前記所定の領域で反射又は吸収される光ビームは、再生のために前記対物レンズによって焦点合わせされている記録層よりも、前記対物レンズに遠い側に位置する記録層で反射された光ビームであることを特徴とする光ピックアップ。
5. 少なくとも２つの記録層を有する光ディスクに光ビームを照射し、前記光ディスクからの反射光ビームを検出する光ピックアップであって、
   所定の波長を有する光ビームを出射するレーザ光源と、
   前記光ディスクのいずれかの記録層上に前記光ビームを集光させるための対物レンズと、
   前記光ディスクの記録層からの反射光ビームの一部または全部を受光するように配置された光検出器と、
   前記対物レンズから前記光検出器に至る光路中に配置される部分遮光フィルタ素子とを備え、
   前記光ディスクのいずれかの記録層で反射し、前記遮光フィルタ素子に入射後、前記遮光フィルタ素子によって反射又は吸収された光ビームが、前記光検出器内の受光面に照射されないように構成されていることを特徴とする光ピックアップ。
6. 少なくとも２つの記録層を有する光ディスクに光ビームを照射し、前記光ディスクからの反射光ビームを検出する光ピックアップであって、
   所定の波長を有する光ビームを出射するレーザ光源と、
   前記光ディスクのいずれかの記録層上に前記光ビームを集光させるための対物レンズと、
   前記光ディスクの記録層からの反射光ビームの一部または全部を受光するように配置された光検出器と、
   前記対物レンズから前記光検出器に至る光路中に配置される複合型光学素子とを備え、
   前記複合型光学素子は、
   入射面に対して所定の入射角度αで入射した所定の波長を有する光ビームを、所定の回折効率ηで所定の回折角度方向へ回折させる機能と、
   前記入射角度αに対して所定の微小角度誤差±δ以上ずれた入射角で前記入射面に入射した光ビームを、所定の透過率Tでそのまま透過させる機能と、
   入射される光ビームの中心光軸を含む所定の領域内に入射した光ビームを反射又は吸収させ、前記所定の領域外に入射した光ビームを、そのまま透過させる機能とを有し、
   前記複合型光学素子に入射後、前記複合型光学素子によって回折又は反射もしくは吸収された光ビームは、前記光検出器内の受光面には照射しないように構成されていることを特徴とする光ピックアップ。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか記載の光ピックアップと、
   前記光ピックアップから出力される信号を用いて、フォーカスエラー信号とトラッキングエラー信号を生成するサーボ信号生成回路と、を備え、
   前記サーボ信号生成回路は、差動プッシュプル方式と同様の演算方式によるトラッキング信号を生成可能なことを特徴とする光ディスク装置。
8. 入射面に対して所定の入射角度αで入射した所定の波長を有する光ビームを、所定の回折効率ηで所定の回折角度方向へ回折させる機能と、
   前記入射角度αに対して所定の微小角度誤差±δ以上ずれた入射角で前記入射面に入射した光ビームを、所定の透過率Tでそのまま透過させる機能とを有することを特徴とする光学素子。
9. 前記回折効率ηおよび前記透過率Tは、共に略80％以上であることを特徴とする請求項８記載の光学素子。
10. 前記微小角度誤差±δは、±0.3°乃至±1.0°の範囲内にあることを特徴とする請求項８記載の光学素子。
11. 前記光学素子は、ボリューム型ホログラム素子によって構成されることを特徴とする請求項８記載の光学素子。
12. 入射される光ビームの中心光軸を含む所定の領域内に入射した光ビームを反射又は吸収させ、前記所定の領域外に入射した光ビームを、そのまま透過させる機能を備えたことを特徴とする部分遮光フィルタ素子。
13. 透明基板と、
    入射面に対して所定の入射角度αで入射した所定の波長を有する光ビームを、所定の回折効率ηで所定の回折角度方向へ回折させる機能と、前記入射角度αに対して所定の微小角度誤差±δ以上ずれた入射角で前記入射面に入射した光ビームを、所定の透過率Tでそのまま透過させる機能とを有する第1の光学素子と、
    入射される光ビームの中心光軸を含む所定の領域内に入射した光ビームを反射又は吸収させ、前記所定の領域外に入射した光ビームを、そのまま透過させる機能を備える第２の光学素子と具備し、
    前記第１の光学素子と前記第２の光学素子は、前記透明基板上もしくは基板内に設けられていることを特徴とする複合型光学素子。

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