JP4806661B2 - 光ピックアップ及び光学的情報再生装置 - Google Patents

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学的情報再生装置に関する。

本技術分野の背景技術としては、例えば特許文献１がある。本公報には「小型、薄型で、不要な迷光の発生を防止することが容易であり、かつプッシュプル法及び３ビーム法による信号検出を同時に行うことができるようにする」と記載されている。

また、他の背景技術としては、例えば特許文献２がある。本公報には「プッシュプル法によるトラッキングエラー信号からオフセットを除去する際に、再生信号のＳ／Ｎ が大幅に低下することを防止する」と記載されている。

特開平１０−２６９５８７号公報 特開２００６−５４００６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。

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、他層からの不要な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。

しかしながら、このような課題に対して、上記の特許文献１では、この迷光成分を排除するために回折領域を分割してそれぞれ、＋１次のみ、あるいは−１次のみを受光するようにして分離している。そのため、回折された光ビームは本来の半分以下の光量となり、検出される信号が小さくなってしまう。また、異なる分割領域から±１次の光ビームを生成するために、各分割領域にて回折される光量の比率がばらつきやすく、光ディスク上に照射する±１次の光スポットの位置が０次光に対して点対称に配置しにくくなるため、良好なサーボ信号を得ることが難しい。

また、特許文献２においては、再生信号のＳ／Ｎの低下を抑制するトラッキングエラー信号検出方式を提案されているが、２層ディスクなどの複数の記録層からなる光ディスクから迷光に関しては何ら考慮がなされておらず、迷光がトラッキング信号の外乱成分となってしまう点に関する解決策が記載されていない。

本発明は、以上の状況を踏まえ、信頼性の高い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、その一例として、レーザ光を光検出器に導く光学系や光検出器の受光面を工夫することで達成できる。

本発明によれば、信頼性の高い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、以下において説明を行なう。

以下、本発明の実施例１としての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は本発明の実施例１における光ピックアップの構成を示す図である。図１において、半導体レーザ１は例えば４０５ｎｍ帯の波長で発振可能な半導体レーザである。なおこの半導体レーザ１は、該半導体レーザ１を出射した光ビームが例えば紙面に平行な直線偏光（以下簡単のため、この偏光をＰ偏光と記す。）となるよう、光軸廻りに回転調整された状態で配置されている。

半導体レーザ１より出射した光ビームは、直後に２分の１波長板２に至る。ここで、２分の１波長板２は、所定の入射光ビームが有する所定の光偏光成分に対し、該入射光の波長の略２分の１に相当する位相差を付加することで、その直線偏光の方向を所定の方向に回転させる働きがある。例えば本実施例においては、前記入射光ビームの偏光状態をＰ偏光から約８５度回転させ、紙面に対してほぼ垂直な偏光方向（以下簡単のため、この偏光をS偏光と記す。）の直線偏光に変換している。

なお本実施例では、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ため、完全なS偏光とはせず、わずかにP偏光成分も残している。しかしながら、この事は本発明とは全く関係の無い設計要件であるので、これ以上の詳細な説明は省略する。

また本実施例では、光学系の構成上前記したような２分の１波長板２を搭載した光ピックアップを例に挙げたが、当然のことながら本発明においては、前記のような２分の１波長板を搭載することは、必ずしも必須要件ではなく、上記のような波長板または該波長板と同等の機能を備えた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、本発明は充分適応できる。

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。

ＰＢＳプリズム３において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とは直交する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１００％透過し、検出レンズ１２に達する。この検出レンズ１２は、検出系側の合成焦点距離を拡大し、さらに後方に配置してある非点収差発生用の平板１５にて発生する余分なコマ収差をキャンセルする機能を備えたレンズである。

検出レンズ１２を通過した上記光ビームは、回折格子１３、２分の１波長板１４および平板１５を順次経て、光検出器１６内の所定の受光面上に集光される。このうち回折格子１３および２分の１波長板１４が本発明の核心部分であり、その機能および効果については後ほど詳しく説明する。

なお平板１５は図１に示すように、光ビームの進行方向に対して所定の方向に所定角度だけ傾斜して配置されている。このように平板１５を傾斜して配置する目的は、この平板１５を透過して光検出器の受光面に集光される光ビームに所定の非点収差を与え、その結果、いわゆる非点収差方式によるフォーカス制御信号を可能ならしめることにある。

また前記光検出器１６の各受光面から出力された電気信号からは、フォーカス制御信号やトラッキング制御信号などの対物レンズ位置制御信号が検出され、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。また上記各受光面からの出力信号からは、ディスクに記録されている情報信号なども再生される。

ところで本実施例では、フォーカス制御信号検出方式として非点収差方式を採用している。そしてこの非点収差方式によるフォーカス制御信号検出のために、ディスク反射光ビームに所定量の非点収差を与えている。そして、その所定量の非点収差を与える光学的手段として、本実施例では、前述したように、検出レンズ１２と傾斜平板１５を用いた例を採用している。

しかしながら、当然、本発明はそのような光学手段に限定されるものではなく、いわゆる非点収差方式によるフォーカス制御信号検出が可能な光ピックアップ光学系であれば、どのような構成の光ピックアップにも適用できる。さらに言えば、本発明はフォーカス制御信号の検出方式として、本実施例のようにいわゆる非点収差方式に限定されるものではなく、どのようなフォーカス制御信号検出方式を用いた光ピックアップでも本発明を適用することができる。

次に図２および図３を用い、図１に示した本発明の実施例１における回折格子１３および２分の１波長板１４の構成例および機能を説明する。

図２は前記回折格子１３の概略構成の一例を示した図である。この回折格子１３は、図のＹ軸方向（＝図の上下方向）に関して、１３a、１３ｂ、１３ｃの合計３領域に分割されている。ちなみに、このＹ軸方向というのは、該回折格子１３の格子面に入射するディスク反射光ビーム５０において、光ディスク１１の接線方向に相当する方向である。そして本実施例における回折格子１３は、その中央領域１３aを図の上下方向から挟むような位置で、かつ反射光ビーム５０の辺縁部およびその近傍領域を含むように設定された領域１３ｂおよび１３cにのみ、所定の周期で格子溝を設けている。なおこの格子溝は、図に示すように、その長手方向が図のＸ軸方向（＝水平方向）に略々一致するように配置されており、この領域に入射したディスク反射光は、ほぼ図の上下方向に所定の回折効率で±１次回折光を回折分離するようになっている。

一方、中央部領域１３ａには格子溝は無く、単なる透明基板になっている。

したがって、光ディスク１１を反射し該回折格子１３に入射したディスク反射光ビーム５０の中で、前記中央領域１３aに入射した領域は、その光量すべてがそのまま該回折格子を通過するのに対して、格子面辺縁部領域１３ｂおよび１３cに入射した反射光ビームは、前記回折効率によって決まる所定の光量が±１次回折光ビームとなって回折分離される。なお±１次回折光が回折分離された後の残りの光量は、０次光として該回折格子１３をそのまま透過する。

ところで、光ディスク１１が、例えば記録トラックとして所定の溝深さを持つ連続した案内溝を備えた光ディスクであった場合、その反射光ビーム５０には一般にプッシュプル信号と呼ばれる信号成分が含まれる。一般に、このプッシュプル信号を検出することで、対物レンズのトラッキング制御信号として用いられるが、このプッシュプル信号は、ディスク反射光ビームと、この反射光ビームが前記の光ディスク１１に入射した際にディスクの案内溝によって回折分離されたディスク回折光との干渉部分、すなわち図２における光ビーム領域５０ｂおよび５０ｃで発生する。そこで本実施例では、この干渉領域５０ｂおよび５０ｃが共に前記中央領域１３a内に収まり、格子溝が設けられている領域１３ｂおよび１３cにかからないように、領域１３ｂおよび１３cの上下幅が決められている。このような設計にすることで、プッシュプル信号が検出されるのは中央部領域１３aを通過した光ビームだけで、領域１３ｂおよび１３cを透過、あるいは回折分離した光ビームからは、プッシュプル信号が全く、もしくはほとんど検出できないようになっている。

次に、回折格子１３を透過、もしくは領域１３ｂおよび１３cにおいて回折分離された各光ビームは、該回折格子１３の直後に配置された２分の１波長板１４に入射する。この２分の１波長板１４も前記回折格子１３にひじょうに類似した構成になっている。

図３は、この２分の１波長板１４の概略構成の一例を示した図である。２分の１波長板１４は、図のＹ軸方向（＝図の上下方向）に関して、１４a、１４ｂ、１４ｃの合計３領域に分割されている。ちなみに、このＹ軸方向というのは、前記回折格子１３と全く同様、該波長板に入射するディスク反射光ビーム５０において、光ディスク１１の接線方向に相当する方向である。そして本実施例における波長板１４は、その中央領域１４aを図の上下方向から挟むような位置で、かつ反射光ビーム５０の辺縁部およびその近傍領域を含むように設定された領域１４ｂおよび１４cにのみ、２分の１波長板が配置されている。一方、中央領域１４ａは単なる透明基板になっている。

そして前記回折格子１３の中央領域１３aを透過した光ビームは、やはり該波長板１４の中央領域１４aを通過し、前記回折格子１３の格子面辺縁部領域１３ｂおよび１３cを透過もしくは回折分離した光ビームは、やはり該波長板１４の波長板辺縁部領域１４ｂおよび１４cを透過する構成になっている。

なお、この波長板辺縁部領域１４ｂおよび１４cに配置された２分の１波長板は、その主軸の方向が入射光ビームの偏光方向（図３の例ではY方向）に対して略４５°の偏向角度をもっている。したがって、波長板辺縁部領域１４ｂおよび１４cを通過した光ビームは、該領域に入射する前の光ビームに対して偏光方向が略垂直になっている。一方、中央領域１４aを通過した光ビームは、当然その偏光方向は何も変化しない。

したがって、波長板辺縁部領域１４ｂおよび１４cにおいて回折分離された±１次回折光ビームおよび該波長板辺縁部領域をそのまま透過した０次光ビームと、前記中央領域１４aをそのまま透過した光ビームとは、その偏光方向が互いに略垂直の関係になる。

そして、前記回折格子１３および２分の１波長板１４の各領域を経たディスク反射光ビーム５０は、平板１５を経て光検出器１６内の所定の受光面に照射される。なお、光検出器１６内の所定の受光面に照射された後の詳細については、後述する。

ところで、これまでの記述においては、回折格子１３として、図２に示すように、格子面辺縁部領域１３ｂおよび１３cにのみ格子溝が設置され、中央部領域１３aは単なる透明基板になっている例を挙げて、実施例の説明を行なった。しかしながら、本発明では、このような回折格子に限定されず、光分岐素子として、例えば、図４に示すように、中央部領域１３ａにも適当な格子溝を設け、格子面辺縁部領域１３ｂおよび１３cにおける回折効率と同等の回折効率で±１次回折光ビームを回折分離させるような構成にしてもよい。ただし、この新たな±１次回折光ビームは、光ピックアップにとって本来は必要の無いいわゆる迷光であり、この迷光が、光検出器１６内の受光面に入射してしまうと、各種信号の検出、再生性能に影響を及ぼしてしまう可能性があるので、回折格子１３の中央部領域１３ａにも格子溝を設ける場合は、図４に示すように、そこで回折分離される±１次回折光ビームすなわち迷光が光検出器１６内の受光面に決して入射しないよう、格子溝のピッチ（溝周期）や溝の方向などを充分に考慮して設計することが好ましい。

一方、２分の１波長板１４も図３に示すような構成に限定されるものではなく、例えば図５に示すように、波長板辺縁部領域１４ｂおよび１４cではなく、逆に中央部領域１４ａの方に２分の１波長板を配置する構成でも一向に構わない。さらに図６のように、中央部領域１４ａと、波長板辺縁部領域１４ｂおよび１４cの両方に、それぞれ別個の２分の１波長板を設けても一向に構わない。ただしその場合は、例えば図６に示すように、各波長板の主軸方向をそれぞれ入射光ビームの偏光方向（図６の例ではY方向）に対して略＋２２．５°および略−２２．５°の偏向角度を持つように設定することが好ましい。このように主軸の偏向角度を定めると、各領域を通過した各光ビームは、互いに略垂直な偏光方向を持つことができる。

さらに言えば、これまでに説明した例は、いずれも入射光ビームの偏光方向を変化させる手段として２分の１波長板を用いた例を取り上げているが、これは別に２分の１波長板に限定されるものではなく、例えば液晶を用いた旋光素子（光ビームの直線偏光の方向を所定角度だけ回転させる機能を持った素子）などを用いてもよい。要するに、入射光ビームの中央領域と外縁部領域それぞれでの偏光方向が、互いに垂直になるように偏光方向を制御できる機能を備えた素子、すなわち偏光方向変換素子であれば、どのような構成の物でも本実施例における２分の１波長板１４の代わり配置することができ、本発明を実施することができる。

さらに、図１の実施例では、回折格子１３に対して２分の１波長板１４が、より光検出器１６に近い側に配置されているが、この配置順に限定されるものではなく、図２の実施例とは全く逆に、回折格子１３の方を２分の１波長板１４に対して、より光検出器１６に近い側に配置するような構成であっても一向に構わない。

また、回折格子１３と２分の１波長板１４は、ＰＢＳプリズム３と光検出器１６との間に配置されていればよく、位置関係は特に限定されないが、互いにできるだけ近接した位置に配置するのが望ましい。したがって、回折格子１３と２分の１波長板１４を貼り合わせて１個の光学部品としたり、共通の透明基板の表裏各面にそれぞれ回折格子１３と２分の１波長板１４を設けることにより、該２つの素子を一体化することも技術的には可能である。

次に光検出器１６の受光面パターンとそこに入射する光ビームの状態、およびそこから得られる各種信号の検出原理について説明する。

図７は、光検出器１６の受光面パターンを示したものである。この光検出器１６には、３つの受光領域７０、７１、７２が形成されており、受光領域７０を中心に受光領域７１と受光領域７２は互いに対象な位置に配置されている。

まず受光領域７０は、十字状の分割線で４つの受光面７３、７４、７５、７６に分割されている。各受光面からの出力は、受光面７３は端子ａ、受光面７４は端子ｂ、受光面７５は端子ｃ、受光面７６は端子ｄからそれぞれ出力される。

一方、受光領域７１は、直線状の分割線で紙面の上下方向に２分割され、受光面７７、７８が形成されている。各受光面からの出力は、受光面７７は端子ｅ、受光面７８は端子ｆからそれぞれ出力される。同じく受光領域７２も直線状の分割線で紙面の上下方向に２分割され、受光面７９、８０が形成されており、各受光面からの出力は、受光面７９は端子ｇ、受光面８０は端子ｈからそれぞれ出力される。このように本実施例における光検出器１６は、合計で８分割された受光面パターンを備えた光検出器である。

なお、本発明は当然のことながら、上述したような受光面パターンを備えた光検出器に特に限定されるものでは無いが、このような受光面パターンは、後述するように、フォーカス制御信号検出手段として非点収差方式、トラッキング制御信号検出手段としてディファレンシャル・プッシュプル方式（以下簡単のため、ＤＰＰ方式と記す。）と呼ばれるいずれも公知の検出手段を採用した製品において、ごく一般的に用いられている普及タイプの光検出器の受光面パターンである。本発明は、このように従来から普及しているごく一般的な光検出器を用いても、後述するような性能が十分に得られると言う点に、本発明の重要な特長の一つがある。そこで、この特長点を明確するために、図７に示したような、受光領域７１および７２が２分割されたタイプの受光パターンを備えた検出器を例に説明を進める。

なお、このタイプの光検出器としては、図７に示した８分割された受光面パターン以外に、受光領域７１と７２がそれぞれ受光領域７０と同様の十字状分割線で４分割され、合計で１２分割された受光面パターンを備えた光検出器もごく一般的に用いられている。本発明は当然のことながら、どちらの受光面パターンを用いても一向に構わず、その性能には一切遜色無い。

さて、図１の実施例で示した光ピックアップ光学系において、回折格子１３、２分の１波長板１４、平板１５を順次通過した光ビームは、光スポット５１となって光検出器１６内の受光領域７０の中心付近に照射される。一方、回折格子１３の格子面辺縁部領域１３ｂおよび１３cにて回折分離した±１次光ビームのうち、＋１次光ビームは略半月状または略三日月状の光スポット５２ｂおよび５２ｃとなって受光領域７１の中央分割線近傍に照射され、−１次光ビームも同じく光スポット５３ｂおよび５３ｃとなって受光領域７２の中央分割線近傍に照射される。

このうち、中央受光領域７０に照射された光スポット５１からは、前述したように、いわゆる非点収差方式によるフォーカス制御信号が検出される。なお非点収差方式の原理に関しては、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

一方、トラッキング制御信号は、光スポット５１と光スポット５２ｂ、５２ｃおよび５３b、５３ｃからそれぞれ得られる出力信号に対して、ＤＰＰ方式と同様な下記の演算をすることにより得ることができる。

トラッキング制御信号＝（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））−K＊（（ｅ−ｆ）＋（ｇ−ｈ））
なおＤＰＰ方式に関しては、既に公知の技術であるため、これ以上詳細な説明は省略するが、特に本発明で特記すべきは、上記演算式の中で前項の（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）は、受光領域７０に照射された光スポット５１から検出される信号で、図８中の波形１１０のように、光ディスク１１の案内溝構造によって生成されるいわゆるプッシュプル信号に、対物レンズ７がディスク半径方向にシフトした場合に生じる所定量のＤＣオフセットが加わった状態の信号となる。

一方、後項第１項（ｅ−ｆ）は、受光領域７１に照射された光スポット５２ｂおよび５２ｃから検出される信号であるが、この光スポット５２ｂおよび５２ｃは、元々回折格子１３の格子面辺縁部領域１３ｂおよび１３cに刻まれた格子溝によって回折分離された光ビームから生成された光スポットであり、この回折分離された光ビームには、前述したようにプッシュプル信号成分が全くあるいはほとんど含まれていない。したがって、検出される（ｅ−ｆ）信号にもプッシュプル信号は全くあるいはほとんど再生されず、単に対物レンズ７の半径方向シフトに伴う光スポット５２ｂおよび５２ｃの照射位置変動及び光量分布変化に起因する所定量のＤＣオフセット信号だけが主に検出されるだけである。また全く同様に、後項第２項（ｇ−ｈ）についても、ほとんど対物レンズ７の半径方向シフトに伴う光スポット５３bおよび５３ｃの照射位置変動及び光量分布変化に起因する所定量のＤＣオフセット信号しか検出されない。

したがって、上記演算式後項の（ｅ−ｆ）＋（ｇ−ｈ）から得られる信号は、図８中の波形１１１のように、プッシュプル信号成分はほとんど含まれておらず、対物レンズシフトに伴うＤＣオフセット成分だけが支配的に検出される。そこで、増幅器１１３により波形１１１を所定の増幅率Ｋ倍で増幅し、その後減算器１１４によって信号波形１１０から減算処理することにより、結果的に波形１１２に示すように、ＤＣオフセットがない良好なトラッキング制御信号を得ることができる。

次に２層ディスクを再生する場合について図９および図１０を用いて説明する。

図９（ａ）は、２層ディスクを再生した場合の光ビームの状態を示しており、図９（ｂ）は、図９（ａ）における２層ディスク２２の記録面付近を拡大して表示したもので、２層ディスク２２内での光ビームの状態を示した図である。尚、図９（ａ）および（ｂ）において、各光学部品の配置および構成は先の図１で示したものと全く同じであるので説明を省略する。

半導体レーザ１を出射した光ビームは、先に説明したのと同様に対物レンズ７にて光ディスク２２上の再生しようとする第１の記録面２３（図９の例では対物レンズに近い側に配置）に集光される。そして、この第１の記録面２３を反射した光ビーム（以下、この光ビームを簡単のため、信号光ビームと記す。）は、図中の実線にて示すように往路と同じ光路の光ビームとなって、光検出器１６内の所定の受光面に集光される。

一方、２層ディスク２２は、第１の記録面２３以外に第２の記録面２４（図９の例では対物レンズに遠い側に配置）を備えた光ディスクであり、対物レンズ７から見て手前側にある第１の記録面２３は、所定量の光ビームを反射する一方、所定量の光ビームを透過させ第２の記録面２４に導くような反射率・透過率特性に設定されている。そのため、記録面２３に光ビームを集光した場合においても、図中の破線で示すように、一部の光量が第１の記録面２３を透過して第２の記録面２４に達し、そこを全反射したのち、再び第１の記録面２３を透過して、ディスク面の外側に飛び出してしまう。

そして、この反射光ビーム（以下、この光ビームを簡単のため、不要光ビームと記す。）は、対物レンズ７およびコリメートレンズ４を経ると、信号光ビームに対して、より急峻な収束状態となって光路を進行する。その結果、光検出器１６に到達する手前で一旦最集光状態となり、光検出器１６の受光面には、信号光ビームと比べ、光ビーム径が大きくなった状態で入射する。

図１０は、２層ディスク２２を再生した場合の光検出器上でのスポットの状態を示した図である。すなわち、再生対象となる第１の記録面２３を反射した信号光ビームが、信号光スポット５１および５２ｂ、５２ｃ、５３ｂ、５３ｃとして光検出器１６の各受光面内に照射された状態に、再生対象外の第２の記録面２４からの不要光ビームが、不要光スポット５４として前記受光領域全体に照射されている状態を追記して示している。

２層ディスクを再生する場合においては、前述したように、再生対象となる記録層を反射した信号光ビーム以外に、再生対象以外の他層を反射した不要光ビームも、不要光スポット５４として光検出器面上に照射されてしまう。この不要光スポット５４は、検出面中央の受光領域７０に照射された信号光スポット５１と略同心円上にあり、その直径は図中に示すように、受光領域７０のみならず受光領域７１及び受光領域７２を包含する程度に大きく広がっている。

従来の光ピックアップにおいては、この不要光スポット５４が、受光領域７０に照射された信号光スポット５１や受光領域７１および７２に照射された信号光スポット５２ｂ、５２ｃ、５３ｂ、５３ｃと干渉現象を起こすことにより、光ディスク２２内の第１の記録面２３と第の記録面２４の面間隔変動を要因として、各検出信号に不要な変動成分が発生してしまうという問題を抱えていた。特に受光領域７１および７２に照射された信号光スポット５２ｂ、５２ｃ、５３ｂ、５３ｃと不要光スポット５４は、その光量が同程度であることから、干渉による検出信号の不要な変動成分が本来の信号量と比べても無視できないほど大きくなってしまい、この検出信号の変動が、しばしば光ピックアップの重大かつ致命的な性能劣化に陥っていた。

この問題に対して、本発明では以下のように解決することができる。すなわち本発明では、図１０に示すように、光検出器１６の全ての受光面を包含するように照射される不要光スポット５４は、各信号光スポットと同様、前述の回折格子１３および２分の１波長板１４を経て光検出器１６に達した不要光ビームから形成されている。このため、やはり信号光スポットと同様、スポットの中央部領域５４aとそれを両側から挟む位置にある領域５４ｂ、５４ｃの３領域に分かれる。

このうち中央部領域５４aは、回折格子１３の中央領域１３aおよび２分の１波長板１４の中央領域１４a通過した不要光ビーム領域に相当するので、前述したように波長板通過前後で偏光方向は変わっていない。一方、領域５４ｂおよび５４ｃは、回折格子１３の格子面辺縁部領域１３ｂおよび１３cおよび２分の１波長板１４の波長板面辺縁部領域１４ｂおよび１４cを通過しているので、波長板通過前後で偏光方向が９０度まわっている。つまり、不要光スポット５４は、その中央領域５４aとその上下にある領域５４ｂ、５４ｃでその偏光方向が９０度異なっているわけである。

しかも、受光領域７１および７２に照射された信号光スポット５２ｂ、５２ｃ、５３ｂ、５３ｃも、前述した不要光スポット５４の領域５４ｂ、５４ｃと同様に、回折格子１３の格子面辺縁部領域１３ｂおよび１３cおよび２分の１波長板１４の波長板面辺縁部領域１４ｂおよび１４cを通過して光検出器１６に達した光ビームから生成された光スポットである。したがって、各信号光スポット５２ｂ、５２ｃ、５３ｂ、５３ｃと、それら各信号光スポットと受光面上で重なっている不要光スポット５４の中央領域５４aは、偏光方向が互いに垂直になっているため、これらの各信号光スポットと不要光スポット間では、干渉現象は発生せず、結果、干渉現象による検出信号変動も起こりえない。

このことから、図１０に示すように、受光領域７１および７２に不要光スポット５４の中央領域５４aが照射されるように検出系が設計できれば、この受光領域７１および７２に照射される信号光スポット５２ｂ、５２ｃ、５３ｂ、５３ｃと不要光スポット５４が干渉することは無くなり、前述した不要光スポットとの干渉による検出信号変動と言う問題は生じなくなる。

なお、以上の説明は、２層ディスク２２内の第１の記録層２３を再生対象層とし、その奥にある第２の記録層２４を再生対象外層すなわち不要光ビームを発生させる層とした場合であるが、これが全く逆に上記第２の記録層２４を再生対象層、第１の記録層２３を再生対象外層とした場合（この場合、コリメータレンズを通過した復路の不要光ビームは、信号光ビームに対して、収束状態がよりゆるやかとなって光路を進行する。）も、受光面上の信号光スポットと不要光スポットの関係は、全く変わらない。したがって、上述したような本発明の原理およびそれに伴う干渉現象削除効果も、全く同様に当てはめることができる。したがって、ここでは詳しい説明は省略する。

以上述べたように、本発明を用いることにより、２層ディスク再生時の不要光と信号光との干渉による検出信号の変動とそれによる信号検出性能の劣化を防ぎ、フォーカス、トラッキングなど各種制御信号を良好に検出することができる。

またさらに、特記すべき本発明の特長の一つとして、例えば偏光性回折格子などの特殊な機能を備えた比較的高価な光学部品を使用する必要がなく、ごく一般的な無偏光性の回折格子や安価な波長板、あるいは従来の光ピックアップでもごく一般的に用いられている８分割または１２分割の受光面パターンを備えた光検出器、等々従来の光ピックアップで用いられる部品と同一あるいは同様程度の安価な光学部品を用いても、上述したような２層ディスク再生時の不要光と信号光との干渉による信号検出性能劣化を無くした高性能の光ピックアップを提供することができるという点が挙げられる。

なお、以上の説明は、回折格子１３として図２に示した構成の格子を用い、２分の１波長板１４として図３に示した構成の波長板を用いた実施例を想定した説明であった。

しかしながら、当然、例えば回折格子１３として図４に示したような全面に格子溝を設けた構成の回折格子を用いたり、波長板１４として図５あるいは図６に示したような構成の物を用いたり、さらにはこれらを組み合わせて用いても、上述した原理と全く同様の原理で本発明を適用でき、その結果、不要光スポットとの干渉による検出信号変動という問題を解決することができる。

次に、実施例１に示した本発明の光ピックアップを搭載した光学的情報再生装置について説明する。

図１１に本実施例における光ピックアップ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１７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１７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１７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１７で検出された各種信号から光ディスク１１あるいは２層ディスク２２に適したフォーカス制御信号やトラッキング制御信号を生成し、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１７の検出信号から光ディスク１１あるいは２層ディスク２２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からの信号により光ディスク１１あるいは２層ディスク２２を設定し、それに対応して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１７内のアクチュエータ８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１７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１７に搭載されている半導体レーザ１を光ディスク１１あるいは２層ディスク２２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実現している。

ここで、光ピックアップ１７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装置及び光学的情報再生装置について、実施例により、詳しく説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の精神から離れることなくして、部品及び要素を、数多く再配列、変更、および取り替えることが可能であることは、この技術に精通したものなら明らかであろう。

例えば、上記実施例では、光ピックアップで記録再生される光ディスクとして、２層の記録層を有する光ディスクを対象としたが、３層以上の記録層を有する光ディスクであっても上記と同様の効果を得ることができる。すなわち、多層のＢＤやＨＤ ＤＶＤなどの記録再生用の光ピックアップにも本発明を適用することができる。

また、上記実施例では、レーザ光源から出射したレーザ光を、ＰＢＳプリズムにて反射させて光ディスクに照射し、光ディスクで反射されたレーザ光をＰＢＳプリズムを透過させて、光検出器に入射させる構成としたが、これに限定されず、例えば、レーザ光源から出射したレーザ光を、ＰＢＳプリズムを透過させて光ディスクに入射させ、光ディスクにて反射したレーザ光を、ＰＢＳプリズムにて反射させて光検出器に入射させる構成としてもよい。

本発明の第１の実施例である光ピックアップの概略構成を示した図 本発明で用いられる回折格子の一実施例を示した図 本発明で用いられる偏光方向変換素子の一実施例を示した図 本発明で用いられる回折格子の別の一実施例を示した図 本発明で用いられる偏光方向変換素子の別の一実施例を示した図 本発明で用いられる偏光方向変換素子のさらに別の一実施例を示した図 本発明で用いられる光検出器の受光面の一実施例とそれに照射される信号光スポットの一例を示した図 本発明で検出されるトラッキング制御信号の一例を示した線図 本発明の第１の実施例である光ピックアップで２層ディスクを再生した場合の光ビームの状態を概略的に示した図 本発明の光ピックアップで２層ディスクを再生した場合の光検出器受光面上での信号光スポットおよび不要光スポットの状態を示した概略図 本発明の第２の実施例である光学的情報再生装置に概要を示したブロック図

符号の説明

１…半導体レーザ、２、１４…２分の１波長板、３…ＰＢＳプリズム、４…コリメータレンズ、６…４分の１波長板、７…対物レンズ、８…アクチュエータ、９…駆動コイル、１０…マグネット、１１…光ディスク、２２…２層ディスク、１２…検出レンズ、１３…回折格子、１５…平板、１６…光検出器、５…フロントモニタ、１７…光ピックアップ、７０、７１、７２…光検出器内の各受光面領域

Claims (7)

1. 光ビームを出射するレーザ光源と、
   前記光ビームを光ディスクに集光する対物レンズと、
   前記光ディスク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を備えた光ピックアップにおいて、
   前記光ディスクからの反射光ビームが通過する光路中に前記反射光ビームを０次光と＋１次回折光ビーム、または、０次光と−１次回折光ビームの少なくとも２本の光ビームに分岐する光分岐素子と、
   該光分岐素子の直前、又は該光分割素子と前記光検出器との間の光路中に配置され、前記反射光ビームの偏光方向を変化させる機能を備えた偏光方向変換素子とを有し、
   前記光分岐素子は、前記光ディスクの記録トラック接線方向に対応する所定の方向に関して、前記反射光ビームの中心およびその近傍が入射する領域を含み所定幅を有する第１の領域と、該第１の領域を両側から挟む位置に配置された第２および第３の領域とを有し、少なくとも前記第２および第３の領域に周期的な格子溝が設けられており、
   前記偏向方向変換素子は、前記光ディスクの記録トラック接線方向に対応する所定の方向に関して、前記反射光ビームの中心およびその近傍が入射する領域を含み所定幅を有する第１の領域と、該第１の領域を両側から挟む位置に配置された第２および第３の領域とを有し、前記第１の領域を通過した前記反射光ビームの偏光方向と、前記第２および第３の領域を通過した前記反射光ビームの偏光方向とが、互いに直交する方向の偏向に変換される機能を備え、
   前記光検出器は、前記０次光ビームが照射される第１の受光領域と前記＋１次光ビームまたは−１次光ビームまたはその両方が各々独立に照射される第２の受光領域とを備えることを特徴とする光ピックアップ。
2. 請求項１記載の光ピックアップにおいて、前記光分岐素子は、前記第２および第３の領域に設けられた格子溝とは周期または方向が異なる所定の格子溝を、前記第１の領域にも設けた回折格子であることを特徴とする光ピックアップ。
3. 請求項１又は２のいずれか一項記載の光ピックアップにおいて、前記偏光方向変換素子は、前記光ディスクの記録トラック接線方向に対応する所定の方向に関して、前記反射光ビームの中心およびその近傍が入射する領域を含み所定幅を有する第１の領域と、該第１の領域を両側から挟む位置に配置された第２および第３の領域とを有し、前記第１の領域を通過した前記反射光ビームが有する第１の偏光方向と、前記第２および第３の領域を通過した前記反射光ビームが有する第２の偏光方向とが、互いに直交する方向の偏光に変換される機能を備えることを特徴とする光ピックアップ。
4. 請求項１乃至３いずれか一項記載の光ピックアップにおいて、
   前記偏光方向変換素子は、前記第２及び第３の領域を通過した前記光ビームが入射する領域にのみ２分の１波長板が配置され、かつ主軸の角度が入射光ビームの偏光方向に対して略45°の偏光角度をもっていることを特徴とする光ピックアップ。
5. 請求項１乃至４いずれか一項記載の光ピックアップにおいて、
   前記光検出器は前記０次光ビームが照射される第１の受光領域と前記＋１次光ビームまたは−1次光ビームまたはその両方が各々独立に照射される第２の受光領域とを備え、さらに前記第１の受光領域から得られるプッシュプル信号と、前記第２の受光領域よりプッシュプル信号と同様の演算式にて得られる信号との差信号からトラッキングエラー信号を生成することを特徴とする光ピックアップ。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項記載の光ピックアップにおいて、
   前記光ディスクは、少なくとも２つの記録層を有することを特徴とする光ピックアップ。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項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学的情報再生装置。

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