JP5149235B2

JP5149235B2 - 光ピックアップ装置

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Publication number: JP5149235B2
Application number: JP2009101769A
Authority: JP
Inventors: 茂治木村
Original assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2029-04-20
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Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、特に光ピックアップ装置の読出し光学系に関する。

光ディスクの１層の記録容量は、使用する半導体レーザの波長と対物レンズの開口数（ＮＡ）に大きく依存する。半導体レーザの波長が短いほど、あるいはＮＡが大きいほど、記録密度を大きくでき、１層あたりの容量を増やすことができる。現在市場に流通している光ディスクドライブの主体は、波長６５０ｎｍ付近の赤色光とＮＡ０．６の対物レンズを使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）ドライブであるが、ＤＶＤの記録密度を上回るものとして、光波長４０５ｎｍ付近の青紫色の半導体レーザを光源とし、ＮＡ０．８５の対物レンズを使用する光ディスクドライブも出荷されている。現状で達成されている記録密度をさらに増加させる方式として、使用波長の短波長化が考えられるが、この青紫色より短い紫外領域の半導体レーザの開発は困難が予想される。また、対物レンズの高ＮＡ化に関しても、空気中での対物レンズのＮＡの限界は１であるので、対物レンズのＮＡによる記録密度の向上も困難になってきている。

このような状況において、１枚の光ディスクの容量を増加させる方式として２層化が実施されている。非特許文献１には２層の相変化ディスクの技術が紹介されている。レーザ光を２層光ディスクに照射した場合、同時に隣接層を照射することになるので層間のクロストークが問題となる。この問題を低減するために、層間隔を大きくすることが行われる。レーザ光は集光されており、目的とする層（当該層）以外はレーザ光の集光面からずれるので、クロストークを低減することができる。

一方、層間隔を広げると球面収差が問題になってくる。記録層は屈折率が空気と異なるポリカーボネイト中に埋め込まれており、ディスク表面からの深さにより球面収差が異なる。対物レンズは、その球面収差が特定の層に対して小さくなるように設計されており、他の層にレーザ光の焦点を移すと、焦点位置の表面からの距離が異なるため、球面収差が発生する。この収差は、通常２枚のレンズで構成されるエクスパンダーレンズ光学系あるいは液晶素子を対物レンズの前に置くことで補正することが可能である。すなわち、２枚のレンズの距離あるいは液晶素子の位相を変えることで収差を補正することができる。しかし、液晶素子の補償可能範囲あるいはレンズの移動機構を小型の光ディスクドライブ装置内で実現することを考慮すると、大きい球面収差を補正することは難しい。

容量をさらに増加させるために多層化を行おうとした場合、球面収差の補正限界のために、多層全体の厚さは制限されることになり、層数が多いと層間隔は狭くなってしまう。このため、実際の多層用の光ドライブ装置では層間クロストークが残ることになる。

前述のクロストークを低減するために、非特許文献２によれば、多層光ディスクからの反射光をレンズで集光したとき、目的とする層と隣接層からの反射光の集光位置が光軸上で異なることを利用する。光軸を含む形でグレーティングを配置し、当該層からの反射光の集光面に反射鏡を配置する。隣接層からの反射光はグレーティングを照射することになるので減衰される。一方、当該層からの反射光はグレーティングと反射鏡との間隙を透過するので、減衰されずに検出系に戻ることが可能になっている。これにより層間クロストークを低減することが可能となる。

また、非特許文献３においては、１本のビームを使用してトラッキング信号を得ているが、２層での迷光がトラッキング信号に影響するのを防いでいる。復路に配置されたグレーティングの中心部分の光を光軸から外れたところで検出する構成をとることで、光軸中心近傍に配置したトラッキング信号検出用の４分割検出器に迷光が入射しないようにしている。

Jpn. J. Appl. Phys., Vol.42 (2003), pp.956-960 ISOM/ODS’08, Technical Digest Post-deadline Papers, TD05-155 (2008) Jpn. J. Appl. Phys., Vol.45, No.2B (2006) pp.1174-1177

図４を用いて、光ピックアップ装置の検出光学系における多層光ディスクによるクロストークを説明する。トラッキングエラー信号の検出はここではＰＰ（Push-Pull）法を使用するものとし、フォーカスエラー信号の検出は非点収差法を使用するものとする。単純化のために、５０１は２層の光ディスクとし、５１１及び５１２は情報記録層であるものとする。対物レンズ４０１から多層ディスクへ出射した光線の最小ビームスポット位置は光線８０で示すように情報記録層５１１上にあり、情報記録層５１１からの情報を読み出そうとしている。光ディスク５０１は回転しており、情報記録層５１１上には図５に示すようなトラッキングのための案内溝が形成されている。図５は情報記録層の一部を示したものであり、回転軸は左遠方にあるものとする。この案内溝を光線が光スポット９４として照射する。光軸の垂直方向の定義を回転軸に基づき行うと、矢印５２１の方向がラジアル方向、矢印５２２の方向がタンジェンシャル方向となる。照射光の焦点は記録層５１１に合っているので、その反射光は入射光と同じ光路を逆方向に辿って図４の対物レンズ４０１に戻る。

対物レンズを透過した後の５２３の位置で反射光の強度分布を測定したとすると、たとえば図６のようになる。この場合、案内溝の影響のみを考慮しており、溝に対して垂直方向に発生する回折光によりボールパターンといわれるものが現れる。すなわち、９４１及び９４２で示される明暗領域がラジアル方向５２１に現れ、案内溝との位置関係により明暗が変わる。次に、図４の対物レンズ４０１からの出射光は非点収差の入った検出レンズ４０２を透過し、光ビーム８０１として光検出器５１を照射する。光検出器５１は最小錯乱円の位置に設置されている。

光検出器５１上でのディスクからの反射光の入射状態を図７に示す。反射光は、中央に配置された田の字状の四分割検出器５４１により検出される。当該層からの反射光線はスポット８１１として検出器５４１を照射している。スポット８１１のボールパターンは図８のようになる。図６と異なりボールパターンが上下に現れており、タンジェンシャル方向とラジアル方向が入れ替わっている。これは、非点収差の方向をタンジェンシャル方向に対して４５度傾けているためである。このような反射光の照射状態において、四分割検出器５４１のそれぞれの検出器名をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、その信号名も同じものとしたとき、トラッキングエラー信号ＴＥは、
ＴＥ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）
と表され、またフォーカスエラー信号をＡＦ、データ信号をＲＦとしたとき、
ＡＦ＝Ａ＋Ｃ−（Ｂ＋Ｄ）、
ＲＦ＝Ａ＋Ｃ＋Ｂ＋Ｄ
のようになる。

四分割検出器で非点収差法を使用した光ピックアップの原理的な動作説明はできるが、実際にはトラッキングのために対物レンズをラジアル方向に移動させる必要があり、このとき生じるトラッキングエラー信号のアンバランスをなくするために、非特許文献３に記載のごとく光ビームを四分割以上に分けて検出することが行われる。

多層ディスクにレーザ光を照射したとき、それぞれの層からの反射光量はほぼ同量になるようなディスクの設計がなされている。したがって対物レンズに近い層の透過率が大きくなっており、対物レンズから遠い層にもレーザ光が照射できるようになっている。このような条件下では、図４に示したように情報読出し対象層である５１１にレーザ光の焦点を合わせると、一部のレーザ光は光ビーム８２として当該層５１１を透過し、隣接層５１２で反射され、たとえば反射光８３で表されるような迷光となる。この反射光８３は対物レンズ４０１に戻り、検出レンズ４０２に入射した後、光検出器５１の手前で一旦集光され、光束８０４で示したように広がりながら光検出器５１に入射する。光束８０４は、光検出器面上では図７に示すように、広がった光スポット８４１になり、光検出器５４１を覆った状態となる。このため、同時に検出器上に存在する光スポット８１１と干渉することになる。この干渉は、層間隔の不均一性に伴う光スポット８４１の位相の変化に影響され、変化する。この干渉による全光量であるＲＦ信号強度の変動はＲＦ信号のジッターの劣化を引き起こし、データ読み出し時のエラーレートを悪化させてしまう。また、同時にＴＥ信号もこの干渉に影響され、検出器の位置ずれや光ディスクの傾き等がある場合は特に変動が大きくなり、回転するディスク上の案内溝にスポットを追従させるが難しくなる。隣接層５１２が読出し対象層５１１の対物レンズ寄りにある場合も、隣接層から反射光が発生し、問題となる干渉が同様に生じる。

上述の隣接層からの影響である層間クロストークを低減するために、非特許文献２ではピックアップ光学系の復路の光軸上にグレーティング素子を使用している。しかしながら、集光レンズと反射鏡を使用するので、光路が大きく変更され、光ピックアップの小型化には適さない。また、非特許文献３の解決策ではＲＦ信号への干渉の影響が残っている。

発明の目的は、光ピックアップ装置において、ＲＦ及びＴＥ，ＡＦ信号への上述の他層からの干渉の影響を減少させることにある。

上述の課題を解決するために、本発明では、目的とする当該記録層からの反射光を復路において分割し、反射光が集光面でのみ光軸と交わるようにする光学系と、該光学系による迷光が入射しない領域に配置された検出器群を使用する。

本発明の光ピックアップ装置は、レーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光を多層光情報記憶媒体の一つの記録層に集光する照射光学系と、多層光情報記憶媒体の当該記録層から反射された反射光を検出する検出光学系とを有する。

検出光学系は、当該記録層からの反射光を分割移動させ光軸近傍での反射光をなくする光束分割光学系と、分割された反射光を絞り込む反射光集光レンズと、反射光集光レンズによって絞り込まれた反射光中の目的とする記録層からの反射光の最小スポット位置に置かれた検出器と、反射光中に置かれかつ反射光を複数領域に分割してそれぞれの領域の反射光を所望の検出器に入射せしめる回折格子とを含み、他層からの迷光の入射しない領域に検出器の感度領域を配置する。

別の検出光学系は、記録層からの反射光を検出器上に集光する反射光集光レンズと、検出器と反射光集光レンズの間に設けられ、記録層からの反射光を、分割後の光束が反射光集光レンズによる集光面まで光軸を通らないように光軸の両側に分割する光束分割光学系と、回折方向の異なる複数の領域に分けられた回折格子とを備え、検出器の感度領域を当該記録層以外の他層の記録層からの反射光が照射されない領域に配置する。

光束分割光学系は、反射光をタンジェンシャル方向、すなわち多層光情報記憶媒体の円周方向に対応する方向に分割する。

回折格子は回折方向の異なる８つの領域に分割され、８つの領域は光軸を通るラジアル方向の直線とタンジェンシャル方向の直線に対して対称に配置されており、四つの領域はボールパターンを含み、残りの四つの領域はボールパターンを含まない。

本発明によると、他層からの反射光を検出器に入射させないので、トラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号、ＲＦ信号において他層からの反射光の影響がなくなり、安定したトラッキング及びフォーカシングが可能になり、さらにＲＦ信号にも迷光の影響がなくなるので、読み出したデータの信頼性が向上する。

本発明による光ピックアップ装置の光学系の一例を示す図。本発明による光ピックアップ装置の光学系の一例を示す図。本発明による光ピックアップ装置の光学系の一例を示す図。他層からの反射光の影響を示す図。光線が溝付き記録面を照射している状態を示す図。光ディスクからの反射光のボールパターンを示す図。光検出器の形状と光ディスクからの反射光の光スポットの位置と他層からの反射光の広がりを示す図。光検出器上でのボールパターンを示す図。２枚のバイプリズムを用いた光束分割光学系を示す図。２枚の分割回折格子を用いた光束分割光学系を示す図。回折格子の断面を示す図。回折格子の断面を示す図。２枚の平行平板を用いた光束分割光学系を示す図。分割した反射光の集光状態を示す図。分割した反射光の集光状態を示す図集光面での光の分布を示す図。当該層からの反射光だけを検出する検出器の配置を示す図。回折格子を分割された光束に挿入した状態を示す図。分割された光束に挿入された回折格子を示す図。回折格子を挿入したときの集光面での光の分布を示す図。図２０の光の分布に対して検出器を配置した配置図。＋1次回折光だけを発生する回折格子を使用したときの集光面での光の分布を示す図。回折格子の溝の方向が光束を広げる方向に対して斜めになった回折格子を示す図。図２３の回折格子を使用したときの集光面での光の分布と検出器の配置を示す図。２分割された回折格子を示す図。図２５の回折格子を使用したときの集光面での光の分布を示す図。収束光束中に光束分割光学系と回折格子を配置する構成図。分割された回折格子を示す図。分割された回折格子を示す図。分割された回折格子を示す図。分割された回折格子を示す図。分割された回折格子を示す図。検出器の配置を示す図。暗線での感度の変化を示す図。検出器の配置を示す図。検出器の配置を示す図。検出器の配置を示す図。光束分割光学系と回折格子の出射面に遮光帯を配する光学系を示す図。本発明による光ピックアップ装置を用いた光ディスクドライブ装置の一例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
最初に、復路の反射光を分割するための光束分割光学系について説明する。図９は、バイプリズムを２つ使用してビームを分割する光束分割光学系の例を示す図である。第１のバイプリズム４０８に平行光線が入射しており、光軸の垂線を分割線として光軸に対して同角度で対称な進行方向の平行光線が作られる。第２のバイプリズム４０９は、光軸に対して角度を持った平行光線の進行方向を光軸に対して平行に変える。このようにバイプリズムを２つ使用することにより、通常のビームを分割平行光線に変換することができる。

図１０は、透過グレーティング４１と４２を用いて平行分割する光束分割光学系の例を示す図である。グレーティング４１及び４２はそれぞれグレーティングによる回折光の方向が異なる２つの領域から構成されているが、２つの領域のグレーティングは分割線と同じ溝方向と同じ溝ピッチを有し、なおかつ０次光の発生しない溝深さ１／（ｎ−１）の鋸歯状のグレーティングとなっている。ｎはグレーティングの屈折率であり、空気中にあるものとした。溝深さはこの整数倍のものでも０次光を発生しない。図１１はグレーティング４１の鋸歯の形状を示しており、領域４１０と領域４１１での鋸歯は互いに反転した形状をしているので、上方からの入射光は光軸に対称な方向に回折される。図１２は、グレーティング４２の鋸歯の形状を示す。領域４２１での鋸歯の形状と領域４１０での形状、及び領域４２０での鋸歯の形状と領域４１１での形状はそれぞれ同じであるので、グレーティング４１を透過して光軸に対して角度を持った２つのビームはグレーティング４２を透過した後、間隔の空いた、光軸に対して平行な光になる。

図１３は、平行平板を使用した光束分割光学系の例を示す図である。分割平板素子４４は、２枚の平行平板４４１，４４２で構成され、それぞれの平行平板は光軸に対して同じ角度で傾いており、また光軸に対して対称な位置にある。２つの平行平板の接合部がなす稜線は光軸に垂直に交わるものとし、平行平板の接合部がなす稜線あるいは谷線はラジアル方向となっている。紙面上方からの入射平行光は谷線の位置で２つに分けられ、それぞれ別の平行平板に入射する。平行平板を透明ガラスあるいはプラスチックとすると、屈折率が空気より大きいので、入射面で光線が谷線と光軸を含む平面から離れる方向に向かい、出射面で光軸と平行なビームとなる。

以上、平行光束中で光線を分割する方法を示したが、図２７に示すように収束光中で分割する場合がある。この場合の光束分割光学系は、たとえば図１３の素子において出射面の傾きを入射面の傾きより大きくするような設計をすることで、分かれた当該層からの反射光束を光軸上で同じ位置に集光できる。他の分割方法である図９及び図１０においても、入射光側の素子と出射側の素子とで光束を傾ける量を異ならせることで、収束光中で光束を分割し、収束可能とすることができる。強い収束光中に置く場合は収差が発生するので、反射光集光レンズ等で収差補正すれば、小さいスポットに絞ることができる。

多層ディスクからの反射光を２つに分割して反射光集光レンズで集光している状態を図１４及び図１５に示す。説明を分かり易くするために、それぞれの図において当該層からの反射光と他層からの反射光を別の図に描いているが、実際には両者同時に起こり重なり合うものである。それぞれの図の左側では、分割された当該層からの反射光８１２を反射光集光レンズ４０５で集光しており、集光面５２４で最小スポットになる。図１４の右図は、当該層より対物レンズに近い層からの迷光となる反射光を反射光集光レンズ４０５で集光した状態を示している。反射集光レンズ４０５に入射する反射光８１３は分割されているものとする。反射層が対物レンズに近いため、当該層の集光面５２４より遠くの位置５２５で集光することになる。図１５の右図は、反射層が当該層より遠くにある場合の集光状態を示しており、分割された反射光８１４は当該層の集光面５２４より反射光集光レンズ４０５に近い位置５２６で集光することになる。

図１４あるいは図１５における集光面５２４での光の分布を図１６に示す。当該層からの反射光は光軸中心で小さいスポット８２として集光されているが、当該層以外からの反射光は８１５で示したような光の分布となり、光軸中心近傍を照射せず、２つに分かれる。したがって、図１７に示すごとく検出器５３を迷光が分離した領域に設置することによって、当該層からの反射光を他層からの迷光に影響されずに検出できるようになる。

図１８に示すように、当該層からの反射光が平行光になるところに回折格子４３を挿入した場合を考える。回折格子４３には図１９で示すように分割された光が入射しており、回折格子の溝の方向は反射光を分割して広げる方向（紙面では横方向）と同じである。図１８の右図は当該層より遠い層からの迷光に回折格子４３が挿入された状態を示す。回折格子４３を挿入することにより、集光位置５２４では反射光の回折光が集光される。回折格子４３の格子形状が矩形の場合、図２０に示すような光の分布となる。当該層からの反射光の０次光がスポット８２１となり、＋１次光がスポット８２２、−１次光がスポット８２３となる。遠い層からの迷光の０次の回折光は８１６の２つに分かれた分布となり、±１次光は上下の８１７と８１８の分布となる。ここでは±２次光以上は省略した。迷光を検出しないように、８２２，８２１，８２３のそれぞれのスポットを検出する上下方向に並べた検出器５３１及び５３２，５３３を図２１のごとく用意すれば、迷光８１６，８１７，８１８の影響を避けた検出が可能となる。

図２２は回折格子４３の溝をブレーズド化した場合を示しており、当該層からの＋１次光であるスポット８２２と迷光の光分布８１７だけが集光面５２４に現れる。ブレーズド化した回折格子を使うことにより、一箇所でのみ集光面５２４上で強いスポットが現れ、しかも回折格子の溝の方向とピッチを変えることで、スポット位置を所望の位置に設定できるようになる。

図２３は、回折格子４３１の溝の方向が反射光を広げる方向に対して斜め４５度である場合を示している。集光面５２４で反射光の分布を図２４に示す。当該層からの０次光はスポット８２４となり、±１次光は斜め方向のスポット８２５，８２６になる。迷光の光分布は０次光が８３１であり、±１次光は斜めの方向に８３２と８３３のように分布する。回折格子の溝の方向を反射光を広げる方向に対して大きく斜めにすると、迷光が当該層からの反射光のスポットに近づいてくるので、検出器５３５や５３６に入りやすくなり好ましくない。回折格子の溝の方向は、反射光を広げる方向に略一致するのが望ましい。

本発明の光ピックアップでは、回折格子の有効領域を分割して、トラッキングエラー信号やフォーカスエラー信号を検出できるようにする。ここでは簡単に２分割した例を示す。図２５に示した２分割した回折格子を、２分割した反射光の復路に図１８に示したごとく挿入する。回折格子４３２，４３３は、光軸中心を通る直線で、反射光を広げた方向に垂直に分割されている。２つの回折格子４３２，４３３の溝の方向は反射光を広げた方向と同じであり、溝のピッチは回折格子４３２の方が回折格子４３３より狭いものとする。このとき、集光面５２４では、たとえば図２６に示すような光の分布となる。回折格子をブレーズド化し、回折光を＋１次光のみとしたときは、黒丸と実線で示す光の分布となる。回折格子４３３を通過した当該層からの反射光はスポット８２７になり、他層による迷光は８３４のような分布となる。ピッチの狭い回折格子４３２を透過した当該層からの反射光はスポット８２８になり、他層からの迷光は８３５で示すような分布となる。図２６の白抜きの丸と点線は、回折格子から０次と−１次光が発生するとしたときの光の分布である。

これから分かるように、当該層からの反射光を上下に延びる直線上の特定の位置に集光でき、かつ他層からの迷光を当該層からの反射光の集光位置から排除できる。回折格子は複雑に分割することが可能であるが、同様に当該層からの反射光は直線上に集めることが可能であり、他層からの迷光となる反射光は中心の直線上からから排除することができる。これにより、上下に延びる直線上のスポットをそれぞれ検出することにより、光ピックアップで必要な信号を他層からの迷光に影響されずに検出できるようになる。迷光の分布は当該層より遠い層からの反射光について示したが、近い層では左右反転した分布となる。この場合も、当該層からの反射光の集光位置近傍に迷光は分布しない。

以上の説明は、当該層からの反射光が平行光束となるところに回折格子や光束分割光学系があるものと想定していたが、必ずしも平行光束中にある必要はない。図２７に示した配置のように、光束分割光学系１２１と回折格子４３４は収束光中にあってもよい。図２７には、反射光集光レンズ４０５に入射する当該層からの反射光のみを示してある。反射光集光レンズ４０５からの収束光は、複数の領域に分割された回折格子４３４に入射して回折光が発生し、その回折光を光束分割光学系１２１で分割し、集光面５２４でスポットに集光する。このような配置でも、前述のような他層迷光の当該層からの反射光集光位置からの排除は可能である。

次に、実際に使用する回折格子の分割形状例を、図２８、図２９、図３０、図３１、図３２に、４３５，４３６，４３７，４３８，４３９として示す。フォーカスエラー信号を得るための方式はナイフエッジ法とする。それぞれの図には、当該層からの反射光のボールパターンを示しておく。横方向がタンジェンシャル方向５２２となる。反射光の分割は、広げる方向をタンジェンシャル方向とする。すべての回折格子は、基本的に光軸中心を通るタンジェンシャル方向とラジアル方向の分割線で４つに分けられ、さらにそれぞれの四分割の部分がボールパターンを含む領域と含まない領域に四分割線に対称に分割されている。ボールパターンを含む領域がＡ及びＢ，Ｃ，Ｄであり、含まない領域がＥ及びＦ，Ｇ，Ｈである。図３２に示した回折格子４３９は、図２８の回折格子を基本として、中心部に帯状の遮光帯４４０をつけたものであり、他層からの迷光の除去効果をさらに向上させるためのものである。

光ピックアップではトラッキングのために対物レンズをラジアル方向に変位させる。このとき、他層からの迷光も検出器上でラジアル方向に変位する。上述の図２８及び図２９、図３０、図３１、図３２においては、タンジェンシャル方向５２２に反射光を広げているので、迷光がラジアル方向５２１に変位しても、当該層からの反射光のスポットに近づくことはない。したがって、この反射光の分割方向は、対物レンズの変位に強い方向となっている。

図３３に検出器の配置例を示す。この場合は回折格子の溝形状は矩形を使用し、０次光、±１次光が発生している。黒点が当該層からの反射光のスポットであり、一番右側にそれぞれに対応する回折光の名前を示した。たとえば、Ｄ（−１），Ｅ（＋１）はそれぞれ回折格子のＤあるいはＥの領域からの−１次光あるいは＋１次光を表しており、（０）は０次光を示す。分割されたそれぞれの部分の溝のピッチはそれぞれの反射光が所定の検出器に入射するように設計されているものとする。上から８個はフォーカスエラー信号を検出するためのものであり、それぞれの検出器の中心にはラジアル方向に暗線があり、その暗線を挟んで２つの検出器が並んでいる。

図３４に暗線領域での２つの検出器の感度変化を示す。上図に、２つの検出器５３７，５３８とそれらに挟まれた暗線５３９を示す。下図には、微小なビームスポットを直線５２７に沿って検出器上で移動させたときのそれぞれの検出器の感度を示す。実線５２８は検出器５３７の感度を示しており、暗線領域５３９で検出器５３８に向かって減少していき、検出器５３８上で感度が零になる。また、検出器５３８の感度は一点鎖線５２９で表されている。この場合は逆に検出器５３８の上で感度が高く、検出器５３７に向かって減少し、検出器５３７上で感度が零になる。暗線５３９上でこのような感度分布を持たせることで、なめらかなフォーカスエラー信号を得ることができる。

フォーカスエラー信号へのボールパターンの強度変化の影響は、光スポットが感度が等しくなる暗線の中間位置に設置できれば少ないが、実際は温度変化や調整不足のために必ずしも中間位置にはない。それぞれの光スポットの強度は、回折格子のＡとＢから来るものが同じ強度であり、ＣとＤがそれぞれ同じ強度である。しかし、ボールパターンの強度変化のために、ＡとＤ、ＢとＣは必ずしも同じ強度の光スポットにならない。このような条件の下、スポット全体が暗線中央からずれたとき、ラジアルアル方向に暗線がある検出器群を使用する場合は、同じ光強度の同じ感度位置の反対符号の信号が別の検出器で発生しており、それらが変化分を相殺するのでトラッキング信号のバランスは崩れない。しかし、タンジェンシャル方向に暗線のある検出器群を使用すると、それぞれの検出器での感度位置は同じでも、信号処理での引き算の組み合わせが異なり、同じ光強度の信号が相殺できなくなる。このため、トラッキング信号のバランスが容易に崩れてしまい、正確なトラッキングができなくなる。したがって、フォーカスエラー信号へのボールパターンの強度変化の影響を少なくするためには、ラジアル方向に暗線のある検出器を使用するのが望ましい。

中心の０次光を検出する検出器はＲＦ信号を出力し、下部の８個の検出器はトラッキングエラー信号を生成するためのものである。回折格子の溝深さは０次光と±１次光の分光比を決めるファクターであり、光源の強度や電気系統のノイズ等を考慮して決める設計事項である。

図３３のそれぞれの検出器に付けた矢印の示す記号は、その検出器の出力名を表している。フォーカスエラー信号ＡＦは
ＡＦ＝（ＡＡ１−ＡＡ２）＋（ＡＥ１−ＡＥ２）＋（ＡＨ１−ＡＨ２）＋（ＡＤ１−ＡＤ２）−｛（ＡＢ１−ＡＢ２）＋（ＡＦ１−ＡＦ２）＋（ＡＧ１−ＡＧ２）＋（ＡＣ１−ＡＣ２）｝
と表され、トラッキングエラー信号ＴＥは
ＴＥ＝｛（ＴＡ＋ＴＢ）−（ＴＣ＋ＴＤ）｝−ｋ｛（ＴＥ＋ＴＦ）−（ＴＧ＋ＴＨ）｝
と表される。ＲＦ信号は
ＲＦ＝Ｒ
となる。

図３５に示した検出器の配置例では、フォーカスエラー信号を検出するための検出器の個数を少なくした。また、回折格子の溝深さの調節により、０次光が発生しないようにしている。すなわち、図２８及び図２９、図３０、図３１における回折格子Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの溝形状は矩形であり±１次光のみを発生させ、他方回折格子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはブレーズド化されており＋１次光のみを発生させる。図３３に示したＲＦ用の中心の０次光がないので、ＲＦ信号はトラッキングエラー信号より生成することになる。この場合のフォーカスエラー信号ＡＦは
ＡＦ＝（ＡＥ１−ＡＥ２）＋（ＡＨ１−ＡＨ２）−｛（ＡＦ１−ＡＦ２）＋（ＡＧ１−ＡＧ２）｝
となり、ＲＦ信号は
ＲＦ＝ＴＡ＋ＴＢ＋ＴＣ＋ＴＤ＋ＴＥ＋ＴＦ＋ＴＧ＋ＴＨ
となる。トラッキングエラー信号は、図３３の場合と同じである。

図３６では、図３３に示したフォーカスエラー信号用の検出器の個数をさらに減少させている。このために検出器の上下方向の長さを長くし、四つのスポットの検出を同時に行っている。この構成を実現するために、デフォーカスによって生じる信号の極性が同じものをまとめて同じ検出器で検出している。この場合、フォーカスエラー信号ＡＦは
ＡＦ＝Ｂ１−Ｂ２−（Ａ１−Ａ２）
となる。トラッキングエラー信号とＲＦ信号は図３３の場合と同じである。

図３７の検出器の配置は、図３５の配置を２列にしたものである。他層からの迷光が大きく左右に排除されていれば、２列並べても迷光の影響は少ない。当該層からの反射光のスポットの位置の制御は回折格子の溝のタンジェンシャル方向への傾きとピッチの調整により可能である。信号の生成は図３５と同じである。検出器を中心に集めることができるので、回折格子のピッチを細かくする必要がない。これにより、回折格子の製造が容易になり、誤差の少ない回折格子を使用できるようになる。

回折格子から発生する回折光は前述した±１次光より高次のものが発生し、他の検出器に入射し悪影響を及ぼす場合がある。特に光スポットを一列に並べた場合は、光軸に近いスポットの３次光が光軸から遠い位置にある検出器に入射することがある。この場合は遠くにある影響を受ける検出器の信号を同相のものにする等、影響を少なくするスポットの配置が可能である。図３７の２列の配置は回折格子の傾きがそれぞれ異なるので、高次回折光が他の検出器に入ることが少ないメリットがある。

図３８に、他層からの迷光をさらに除去するための方策を示す。当該層からの反射光が光束分割光学系１０７と回折格子１０６を組み合わせた光学系に入射しており、反射光集光レンズ４０５で集光されているものとする。図３２では回折格子の中心部を遮光する方法を示したが、図３８では光束分割光学系１０７の出射面において、当該層からの反射光がタンジェンシャル方向に広がって光量がなくなった領域に帯状の遮光板４４３を設置している。遮光帯４４４は、図３２の回折格子の遮光領域４４０と同じ役割である。光束分割光学系と回折格子の両方の出射位置に遮光帯を設置することにより、他層からの迷光を検出器前で除去できるようになり、検出器への迷光除去効率を上げることができる。

次に、実施例により本発明を説明する。

図１は、本発明による光ピックアップ装置の光学系の一例を示す図である。半導体レーザ１０１から出射したレーザ光は、コリメータレンズ４０３と三角プリズム１０２により円形ビームにコリメートされた後、偏光ビームスプリッタ１０４を透過する。次にλ／４板１０５により円偏光に変換され、回転機構により回転する多層ディスク５０１に対物レンズ４０４で絞り込まれる。ここでは２層ディスクを図示しているが、２層に限定されるものではなく、３層以上の多層ディスクにも実施可能である。読出し対象層（当該層）は５１１であり、５１１上のレーザ光の最小スポットの位置から反射光が発生する。隣接層５１２からも反射光８３が発生し、クロストークの原因である迷光となる。

多層ディスクからの反射光は迷光も含めて、対物レンズ４０４を戻り、λ／４板１０５により、元の偏光方向に対して直交する方向の直線偏光に変換される。このため偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、光束分割光学系１０７に向かい、２光束に分割される。光束分割光学系は、図９あるいは図１０、図１３に示した光学系である。その後、回折格子１０６を通過し、当該層からの反射光の集光面に置かれた検出器５２で分割されたスポットを検出する。回折格子１０６は、図２８あるいは図２９、図３０、図３１、図３２で示したものが使用可能である。そして検出器５２は、図３３あるいは図３５、図３６、図３７で示したように、それぞれの回折格子に対応した配置のものを使用すればよい。検出器の検出領域は、隣接層５１２からの反射光が入射しない位置に配置されている。光検出器５２からの信号は信号処理回路５３で処理され、光スポットの位置を制御するＡＦ信号及びＴＥ信号、データ信号であるＲＦ信号が形成される。

溝のないＲＯＭディスクを読む場合は、トラッキングの方式としてＤＰＤ法（Differential Phase Detection）を使用することができる。この方法は、他層からの迷光に比較的影響されない方法である。この場合は、検出器の信号から
Ｔ１＝（ＴＡ＋ＴＥ）＋（ＴＣ＋ＴＧ）
及び
Ｔ２＝（ＴＢ＋ＴＦ）＋（ＴＤ＋ＴＨ）
の信号を生成する。そして、両信号の位相差を検出し、トラッキングエラー信号ＴＥとするものである。ＲＦ信号とＡＦ信号は、溝のあるディスクの場合と同様である。

図２は、本発明による光ピックアップ装置の光学系の他の例を示す図である。実施例１と比較して、本実施例では、三角プリズムがなく、偏光ビームスプリッタ１０４がコリメータレンズ４０７より半導体レーザ１０１側に設置されている。従って、半導体レーザ１０１から出射したレーザ光は発散光の状態で偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、その後コリメータレンズ４０７でコリメートされる。実施例１では、偏光ビームスプリッタ１０４がコリメータレンズ４０３と対物レンズ４０４の間に設置されていたため、反射光集光レンズ４０５が必要であったが、実施例２では図２に示すように、多層ディスク５０１の読出し対象層５１１から反射された光ビームはコリメータレンズ４０７を通ると収束光になるので、集光レンズが必要ない。これにより、部品点数を削減できる効果がある。

光束分割光学系１０７と回折格子１０６は収束光中に置かれている。光束分割光学系としては、図１３に示した素子において出射面の傾きを調整したものが使用可能である。また、回折格子には図２８から図３２に示したものが使用可能である。

本実施例は部品点数が少なくできる効果があると同時に、収束光中に光束分割光学系と回折格子を設置できるので小型化に有用である。

図３に、本発明による光ピックアップ装置の光学系の他の例を示す。実施例２との違いは、回折格子１０６が偏光性ビームスプリッタ１０４とコリメータレンズ４０７の間に設置されたことである。この場合、回折格子１０６には往復の光が透過する。したがって、回折格子１０６は偏光依存性を有し、多層光ディスク５０１に向かうときの偏光方向の光が入射するときは透過光に回折効果を与えず、多層ディスク５０１から戻り、λ／４板１０５を通って偏光方向が元の偏光方向に対して直交する光に対しては回折作用を生じるものである。この方式は、ピックアップの小型化に有効となる。検出器の大きさを同じとしたとき、図２の配置より回折格子１０６と検出器５２の距離を大きくとることができ、そのため図２に使用する回折格子のピッチより大きいものが使用できる。小型化のためにコリメータレンズ４０７の焦点距離を短くしたとき、回折格子のピッチを小さくする必要が生じるが、回折格子のピッチは光リソグラフィで作製するので小ささの限界がある。図２の配置ではピッチの限界であるが、本構成の光ピックアップではピッチの限界を超えない場合があり得るので、本配置では更なる小型化が可能になる。

多層からの影響を除去可能な光ピックアップを使用した光ディスクドライブ装置の実施例を図３９に示す。回路７１１〜７１４は、データを多層光ディスク５０１に記録するためのものである。誤り訂正用符号化回路７１１では、データに誤り訂正符号が付加される。記録符号化回路７１２は、１−７ＰＰ方式でデータを変調する。記録補償回路７１３は、マーク長に適した書込みのためのパルスを発生する。発生したパルス列に基づき、半導体レーザ駆動回路７１４により、光ピックアップ６０内の半導体レーザを駆動し、対物レンズから出射したレーザ光８０を変調する。モータ５０２によって回転駆動される光ディスク５０１上には相変化膜が形成されており、レーザ光で熱せられ、急冷されるとアモルファス状態になり、徐冷されると結晶状態になる。これらの２つの状態は反射率が異なり、マークを形成することができる。書き込み状態では、レーザ光のコヒーレンシーを低下させる高周波重畳を行わないため、隣接層からの反射光と当該層からの反射光は干渉しやすい状態になっている。このため、トラッキングエラー信号の変動を低減するための対策を行わない場合は、トラッキングがはずれたり、隣接トラックのデータを消したりする不具合が生じる。本実施例では、光ピックアップ６０には実施例１〜３で説明した光ピックアップのいずれかが採用されており、多層ディスクにおいてもトラッキングの不具合は生じない。

回路７２１〜７２６は、データの読み出しのためのものである。イコライザー７２１は、最短マーク長付近の信号雑音比を改善する。この信号はＰＬＬ回路７２２に入力され、クロックが抽出される。また、イコライザーで処理されたデータ信号は抽出されたクロックのタイミングでＡ−Ｄ変換器７２３でデジタル化される。ＰＲＭＬ（Pertial Response Maximum Likelyhood）信号処理回路７２４では、ビタビ復号を行う。記録復号化回路７２５では１−７ＰＰ方式の変調規則に基づき復号化し、誤り訂正回路７２６でデータを復元する。

本発明により、他層からの迷光を除去でき、トラッキングやフォーカシングの精度を上げられるので、ディスクへの書き込み精度を向上させることができる。さらにＲＦ信号の雑音も減少させられるので、読み出したデータ信号の品質をエラーの少ない状態に保つことが可能となる。

５２：検出器、５３：信号処理回路、１０１：半導体レーザ、１０４：偏光ビームスプリッタ、１０５：λ／４板、１０６：回折格子、１０７：光束分割光学系、４０４：対物レンズ、４０５：反射光集光レンズ、４３５〜４３９：回折格子、５０１：多層ディスク、５２４：集光面、８１１：反射光スポット、８１２：当該層からの分割反射光、８１５：迷光、８４１：隣接層からの反射光の光スポット

Claims

レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を多層光情報記憶媒体の一つの記録層に集光する照射光学系と、前記多層光情報記憶媒体の前記記録層から反射された反射光を検出する検出光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記検出光学系は、
前記記録層からの反射光を、分割後の光束が集光面まで光軸を通らないように光軸の両側に平行分割する光束分割光学系と、
回折方向の異なる複数の領域に分けられ、前記光束分割光学系によって平行分割された光束を異なる方向に回折する回折格子と、
前記光束分割光学系によって分割され前記回折格子によって回折された反射光を絞り込む反射光集光レンズと、
前記反射光集光レンズによって絞り込まれた前記記録層からの反射光の集光面に設けられた検出器とを備え、
前記検出器の感度領域は、前記記録層以外の他層の記録層からの反射光が照射されない領域に設けられていることを特徴とする光ピックアップ装置。
レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を多層光情報記憶媒体の一つの記録層に集光する照射光学系と、前記多層光情報記憶媒体の前記記録層から反射された反射光を検出する検出光学系とを有する光ピックアップ装置において、
前記検出光学系は、
前記記録層からの反射光を検出器上に集光する反射光集光レンズと、
前記検出器と前記反射光集光レンズの間に設けられ、前記記録層からの反射光を、分割後の光束が前記反射光集光レンズによる集光面まで光軸を通らないように光軸の両側に分割する光束分割光学系と、
回折方向の異なる複数の領域に分けられ、前記光束分割光学系によって分割され前記反射集光レンズによる集光面に集光される光束を異なる方向に回折する回折格子とを備え、
前記検出器の感度領域は、前記記録層以外の他層の記録層からの反射光が照射されない領域に設けられていることを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記光束分割光学系は、前記反射光をタンジェンシャル方向に分割することを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記回折格子によって回折された前記記録層からの反射光の０次光と±１次光は光軸を中心としてラジアル方向に一列に並んでおり、前記検出器の感度領域はそれぞれの回折光に対応する位置に設けられていることを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記回折格子によって回折された前記記録層からの０次光は略零であり、１次光がラジアル方向に一列に並び、前記検出器の感度領域はそれぞれの回折光に対応する位置に設けられていることを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記回折格子によって回折された前記記録層からの０次光は略零であり、１次光がラジアル方向に複数列に並び、前記検出器の感度領域はそれぞれの回折光に対応する位置に設けられていることを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記回折格子は回折方向の異なる８つの領域に分割され、前記８つの領域は光軸を通るラジアル方向の直線とタンジェンシャル方向の直線に対して対称に配置されており、四つの領域はボールパターンを含み、残りの四つの領域はボールパターンを含まないことを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項７に記載の光ピックアップ装置において、前記検出器のフォーカスエラー信号を検出する感度領域は暗線を挟んでタンジェンシャル方向に並んでいることを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記光束分割光学系は、光軸を通り光軸に垂直な直線を第１の稜線として光軸に対して同じ角度をなす第１の２平面からなる入射面と、光軸を通り光軸に垂直な直線を第２の稜線として光軸に対して同じ角度をなす第２の２平面からなる出射面を有する透明部材で構成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置において、前記回折格子は偏光依存性回折格子であり、前記照射光学系と前記検出光学系に共通の光路中に配置されていることを特徴とする光ピックアップ装置。