JP5227926B2 - 光ピックアップ装置および光ディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ピックアップ装置および光ディスク装置に関する発明である。

本技術分野の背景技術として、例えば特開２００６-３４４３４４号公報（特許文献１）がある。本公報には課題として「複数の記録層を有する光ディスクから所望の信号を精度良く取得する」と記載があり、解決手段として「光源ユニット５１から出射されたＰ偏光の光束は、光ディスク１５で反射され、Ｓ偏光となってレンズ６１に入射する。そして１／４波長板６２、６３では、いずれも、光軸の＋Ｘ側に入射した光束＋１／４波長の光学的位相差が付与され。−Ｘ側に入射した光束に−１／４波長の光学位相差が与えられる。これにより、１／４波長板６３を介した信号光はＳ偏光、迷光はＰ偏光となり、偏光光学素子６４では信号光のみが透過する。」と記載されている。また、例えば非特許文献１には課題として「２層ディスクを記録／再生するとき、目的の層とは異なる層から反射した光がある他層迷光がフォトディテクタに入射するとＴＥ信号にオフセットが生じる。このため、他層迷光対策のない従来の構成では、２層ディスクでのＴＥ信号のオフセットが単層の場合に比べ大きくなり、安定な制御が妨げられる。」と記載があり、解決手段として「トラッキング用フォトディテクタを他層迷光のない領域に配置する」と記載されている。また、その構成については特開２００４−２８１０２６（特許文献２）においても記載されている。

特開２００６-３４４３４４号公報（第２６頁、図３、図５） 特開２００４−２８１０２６号公報（第７１頁、図２２、図２４、図２５）

電子情報通信学会 信学技報ＣＰＭ２００５−１４９（２００５−１０）（第３３頁、図４、図５）

光ピックアップ装置は、一般に光ディスク内にある所定の記録トラック上に正しくスポットを照射するため、フォーカス誤差信号の検出により対物レンズをフォーカス方向に変位させてフォーカス方向に調整が行われる他、トラッキング誤差信号を検出して対物レンズをディスク状記録媒体の半径方向へ変位させてトラッキング調整が行われる。これらの信号により対物レンズの位置制御が行われる。
上記サーボ信号のうち、トラッキング誤差信号については、記録層が２層存在する２層ディスクとなることで大きな課題がある。２層ディスクでは、目的の記録層を反射した信号光の他に目的でない記録層を反射した迷光が同じ受光面上に入射する。受光面上に信号光と迷光が入射すると、２つの光が干渉し、その変動成分がトラッキング誤差信号に検出されてしまうのである。

この問題に対し、特許文献１では、光ディスクで反射した光ビームを集光レンズで絞り、２枚の１／４波長板と偏光光学素子を透過させて広がった光を集光レンズで絞り検出器に照射する構成としている。そのため、検出光学系が複雑となりピックアップ装置のサイズが大きくなるという課題がある。

非特許文献１（特許文献２）では、フォーカス用光検出器の周囲に生じるフォーカス用光ビームの他層からの迷光の外側にトラッキング用光検出器を配置し、さらにホログラム素子の中央部で回折した光を他層からの迷光の外側に飛ばす構成にしている。これにより２層ディスクであっても安定したトラッキング制御が行えると記載している。ところが、複数の層が存在する多層ディスクに対応するには大きな課題がある。非特許文献１（特許文献２）のような構成にすると信号光と多層からの光を分離するために回折格子の回折角が大きくしなければならない。回折角が大きくなると光検出器のサイズが大きくなることに伴うピックアップ装置のサイズの課題やコストの課題が発生する。また、製造に起因する回折効率の低下やスポットの歪みが生じることが課題となる。特に回折効率の低下は多層ディスクのＳ／Ｎの観点から大きな課題となっている。

そこで本発明の目的は、上記方式において課題となる２層およびそれ以上の記録面を有するディスクに対しても安定した再生信号およびサーボ信号が検出可能でかつ小型化可能な光ピックアップ装置あるいは光ディスク装置を提供することである。

上記目的は、一例として、特許請求の範囲に記載の発明によって達成できる。

本発明によれば複数の情報記録面を有する情報記録媒体を記録再生する場合に、安定した再生信号およびサーボ信号を得ることが可能でかつ小型化可能な光ピックアップ装置およびこれを搭載した光ディスク装置を提供することができる。

実施例１における光学系を説明する図である。 実施例１における回折格子を示す図である。 実施例１における受光面を示す図である。 実施例１における偏光フィルタを示す図である。 実施例１における２層ディスクを記録／再生時の迷光の形状（検出器上）を示す図である。 実施例１における他の回折格子を示す図である。 実施例１における他の受光面を示す図である。 実施例２における受光面を示す図である。 実施例２における偏光フィルタを示す図である。 実施例２における２層ディスクを記録／再生時の迷光の形状（検出器上）を示す図である。 実施例３における受光面を示す図である。 実施例３における偏光フィルタを示す図である。 実施例３における２層ディスクを記録／再生時の迷光の形状（検出器上）を示す図である。 実施例４における光学系を説明する図である。 実施例４における回折格子を示す図である。 実施例４における受光面を示す図である。 実施例４における偏光フィルタを示す図である。 実施例４における２層ディスクを記録／再生時の迷光の形状（検出器上）を示す図である。 実施例４における他の回折格子を示す図である。 実施例５における光学的再生装置を説明する図である。 実施例６における光学的記録再生装置を説明する図である。

図１は本発明の第１の実施例に係る光学系について示している。
半導体レーザ５０からは、波長略４０５ｎｍの光ビームが発散光として出射される。半導体レーザ５０から出射した光ビームはビームスプリッタ５２を反射する。なお一部の光ビームはビームスプリッタ５２を透過しフロントモニタ５３に入射する。一般的に記録型の光ディスクに情報を記録する場合には、光ディスクの記録面に所定の光量を照射させるため、半導体レーザの光量を高精度に制御する必要がある。このため、フロントモニタ５３は記録型の光ディスクに信号を記録する際に、半導体レーザ５０の光量の変化を検出し、半導体レーザ５０の駆動回路（図示せず）にフィードバックされる。これにより光ディスク上の光量をモニタすることが可能となる。

ビームスプリッタ５２を反射した光ビームはコリメートレンズ５１により略平行な光ビームに変換される。コリメートレンズ５１を透過した光ビームはビームエキスパンダ５４に入射する。ビームエキスパンダ５４は、光ビームの発散・収束状態を変えることで、光ディスク１００のカバー層の厚み誤差による球面収差を補償することに使用される。ビームエキスパンダ５４を出射した光ビームは立ち上げミラー５５を反射、１／４波長板５６を透過後、アクチュエータ５に搭載された対物レンズ２により光ディスク１００上に集光される。

光ディスク１００により反射した光ビームは、対物レンズ２、１／４波長板５６、立ち上げミラー５５、ビームエキスパンダ５４、コリメートレンズ５１、ビームスプリッタ５２を経て、偏光回折格子１１に入射する。図２は、偏光性回折格子１１を示している。偏光回折格子１１は領域ごとに回折格子ピッチ、溝方向が異なっており、各領域を出射した光束は異なる方向に回折する。そして偏光回折格子１１を回折した光ビームは、検出レンズ５７、偏光フィルタ１０１を経て検出器１０に入射する。このとき、検出レンズ５７によって所定の非点収差が与えられるため、非点収差方式によってフォーカス誤差信号を検出できる構成となっている。

ここで、最初にトラッキング誤差信号検出について説明を行う。一般的なトラッキング誤差信号検出方法として、差動プッシュプル方式が知られている。この差動プッシュプル方式（ＤＰＰ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｓｈ Ｐｕｌｌ方式）は、回折格子によって光ビームをメインビームとサブビーム＋１次、サブビーム−１次に分割し、半径方向のメインビームから得られるプッシュプル（ＭＰＰ）信号とサブビーム＋１次とサブビーム−１次から得られるプッシュプル（ＳＰＰ）信号を以下の演算を行うことでＤＣオフセットを低減している。

なお、ｋはメインビームとサブビームの光量比を補正する係数である。
ところが、ＤＰＰ方式は２層およびそれ以上のディスクを再生した場合に問題が発生する。これについて最も簡単な２層ディスクで説明を行う。

２層ディスクは記録面が２面存在する光ディスクであり、それぞれの記録面で反射光が発生する。このため、２層ディスクでは光ビームは光ディスクによって２つに分離され、２つの光路を辿って検出器に入射する。例えば片方の層に焦点を合わせた場合、その光ビームは検出器面上にスポット（信号光）を形成し、もう片方の層を反射した光ビーム（迷光）が検出器上にぼけた状態で入射する。この時、検出器上ではそれぞれの層を反射した信号光と迷光とが検出器面上で重なり合い、干渉が発生する。本来、周波数の同じレーザを出射したビームは時間的に変化しないが、光ディスクの回転によりそれぞれの層の間隔が変化するため、２つの光の位相関係が時間的に変化し、トラッキング誤差信号であるＤＰＰ信号の変動を引き起こす。このＤＰＰ信号の変動は主にＳＰＰ信号に大きく起因している。これは、メインビーム（０次回折光）とサブビーム＋１次回折光とサブビーム−１次回折光の光量比は一般的に１０：１：１〜２０：１：１であり、メインビームに対してサブビームの光量が小さいため、サブビームの信号光とメインビームの迷光との干渉が信号光に対して大きく発生してしまうのである。干渉については公知であるため説明は省略する。これにより、ＳＰＰ信号が大きく変動してしまい、結果としてトラッキング誤差信号であるＤＰＰ信号が大きく変動してしまうのである。トラッキング誤差信号の変動が発生すると、光ディスク上のスポットがトラックに沿って追従できなくなり、主に記録・再生信号劣化の問題が起こる。

この問題に対し、非特許文献１（特許文献２）では光ディスク上に１つのスポットを形成し、その反射光を複数の領域に分けることで信号光と迷光を分離して検出している。これによりトラッキング誤差信号を検出する受光部に迷光が入射しないため、安定したトラッキング誤差信号を検出することが可能となっている。しかし、多層ディスクの場合には、以下の問題が発生する。

多層ディスクになると必然的に、表面に最も近い側の層と最も遠い側の層の間隔は２層ディスクの層の間隔に対して大きくなってしまう。このため、受光部上の迷光の大きさが２層ディスクの迷光に比べて大きくなる。ここで、非特許文献１（特許文献２）のように、迷光の外側で信号光を検出するような受光部間隔とすることができるが、このような構成にすると信号光と多層からの光を分離するために回折格子の回折角が大きくしなければならない。回折角が大きくなると光検出器のサイズが大きくなることに伴うピックアップ装置のサイズの課題やコストの課題が発生する。また、製造に起因する回折効率の低下やスポットの歪みが生じることが課題となる。特に回折効率の低下は多層ディスクのＳ／Ｎの観点から大きな課題となっている。

これに対し、本実施例では、偏光回折格子１１および偏光フィルタ１０１を搭載することで回折角を小さくできるため、回折効率を落とさずに多層ディスクに対応することが可能である。また非特許文献１（特許文献２）の検出器よりも小型化可能となっている。

まず本実施例に関して、単層ディスクで説明を行う。図２に示す回折格子１１は、偏光回折格子となっており、例えば、垂直方向の偏光に対して＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝１：０：０、水平方向の偏光に対して＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝０：１：０とする。このとき、偏光回折格子１１の垂直方向、水平方向の軸の取り方は、図２のように入射偏光に対して、わずかに傾けてある。このため、偏光回折格子の軸の取り方次第で０次回折光と+１次回折光の偏光状態が異なるにも関わらず、０次回折光と＋１次回折光の光量比を変えることが可能となっている。ここでは、偏光回折格子を回折した光ビームは、０次回折光：＋１次回折光の光量比は７：３とする。また、偏光回折格子１１は図２に示すように領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅｈ、Ｄｆｇ、Ｄｉで構成されており、各領域の溝周期、溝方向が異なっている。

偏光回折格子１１を回折した信号光は偏光フィルタ１０１を透過し、検出器１０に入射する。検出器１０は、図３に示すように１０つの受光部がある。回折格子領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅｈ、Ｄｆｇ、Ｄｉを回折した０次回折光は、受光部ａ０、ｂ０、ｃ０、ｄ０に入射する。また、回折格子領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅｈ、Ｄｆｇを回折した+１次回折光は、受光部ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅｈ１、ｆｇ１にそれぞれ入射する。受光部ａ０、ｂ０、ｃ０、ｄ０およびａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅｈ１、ｆｇ１から得られたＡ０、Ｂ０、Ｃ０、Ｄ０、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、ＥＨ１、ＦＧ１の信号を以下の演算によりフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）、ＲＦ信号を生成する。

なお、ｋｔ１は対物レンズが変位した際にトラッキング誤差信号にＤＣ成分を発生させないようにする係数である。以上の演算により良好なＲＦ信号、サーボ信号が検出可能である。

次に、多層ディスクについて説明する。ここでは例として３層ディスク（以下、ディスク表面に近い側から順に、Ｌａｙｅｒ２、Ｌａｙｅｒ１、Ｌａｙｅｒ０と呼ぶ）の表面に近い側の層（Ｌａｙｅｒ２）にフォーカス制御した場合について説明を行う。３層ディスクを反射した信号光、迷光は、対物レンズ２、１／４波長板５６、立ち上げミラー５５、ビームエキスパンダ５４、コリメートレンズ５１、ビームスプリッタ５２を経て偏光性回折格子１１に入射する。偏光性回折格子１１を回折した信号光と迷光は、偏光フィルタ１０１を一部透過し検出器に入射する。偏光フィルタ１０１は図４のような形状となっており、領域１は垂直方向の偏光成分（＋１次回折光成分）のみを透過し、領域２は水平方向の成分（０次回折光成分）のみを透過する特性を有している。また、領域１は受光部ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅｈ１、ｆｇ１に相当する領域に配置されており、領域２は受光部ａ０、ｂ０、ｃ０、ｄ０に相当する領域に配置されている。このような偏光フィルタは例えばフォトニック結晶で実現可能である。

このような偏光フィルタ１０１が挿入されることにより、受光部上の信号光と迷光の関係は図５に示すようになる。ここで、実線がＬａｙｅｒ２を反射した信号光、破線がＬａｙｅｒ１を反射した迷光、１点鎖線がＬａｙｅｒ０反射した迷光を示しており、斜線部は最も影響のある迷光（光量の大きい０次回折光の迷光）を示している。また、図５（ａ）は偏光フィルタが搭載された場合で、図５（ｂ）は偏光フィルタがない場合を示している。このように、偏光フィルタがなければ受光部ａ１、ｂ１、ｆｇ１、ｅｈ１に０次回折光の迷光成分が入射してしまう。このため、これらの受光部から得られた信号が変動してしまい問題となる。それに対し、偏光フィルタを挿入することで受光部上の信号光と迷光を分離することが可能となる（図５矢印）。ここで、受光部ａ０、ｂ０、ｃ０、ｄ０に迷光が入射するが信号光の光量が大きいため、実用上の問題とならない。

非特許文献１（特許文献２）のような構成では、受光部間隔を広げなければ迷光を分離することはできない。また、受光部の間隔を広げると上記したように回折格子の回折角が大きくなり、回折効率の問題が課題となる。それに対し、本実施例のように偏光フィルタを搭載することで、従来よりも小さい回折角で信号成分のみを検出することが可能となり、安定したサーボ信号を検出することが可能となる。また、回折角を小さくできる構成とするため検出器を小型化することも可能となる。

本実施例では、３層ディスクで説明を行ったが、２層または３層以上であっても効果が得られることは言うまでもない。また、偏光回折格子の偏光特性はこれに限定されるわけでなく、本実施例と異なっていても偏光回折格子を用いることで同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、偏光フィルタは、受光部に張り付けても、離れていても同様の効果が得られることは言うまでもない。そして、偏光フィルタの形状は、本実施例の形状に限定されるわけではなく、信号光と迷光を分離できるパターンであれば同様の効果が得られることは言うまでもない。また、偏光回折格子のパターンは、本実施例に限定されるわけではなく、図６のようなパターンであっても同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに検出器のパターンもこれに限定されることはなく、例えば、図７のような検出器パターンであっても受光部に入射する信号光と迷光を偏光フィルタで分離ことにより同様の効果が得られることは言うまでもない。また、偏光フィルタは、領域１、領域２で偏光特性の異なる偏光回折格子としても同様の効果が得られることは言うまでもない。

図８は本発明の第２の実施例に係る光ピックアップの検出器の一例を示した概略構成図である。光学系は図１と同様の構成であり、実施例１とは回折格子および検出器が異なっている。

まず本実施例に関して、単層ディスクで説明を行う。図２に示す回折格子１１は、偏光回折格子となっており、例えば、垂直方向の偏光に対して＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝１：０：１、水平方向の偏光に対して＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝０：１：０とする。このとき、偏光回折格子の垂直方向、水平方向の軸の取り方は、図２のように入射偏光に対して、わずかに傾けてある。このため、偏光回折格子の軸の取り方次第で０次回折光と+１次回折光（−１次回折光）、の偏光状態が異なるにも関わらず、０次回折光と＋１次回折光（−１次回折光）の光量比を変えることが可能となっている。ここでは、偏光回折格子を回折した光ビームは、＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝１：１０：１とする。また、偏光回折格子１１は図２に示すように領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅｈ、Ｄｆｇ、Ｄｉで構成されている。

偏光回折格子１１を回折した信号光は偏光フィルタ１０１を透過し、検出器１０に入射する。検出器１０は、図８に示すように１２つの受光部がある。回折格子領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅｈ、Ｄｆｇ、Ｄｉ回折した０次回折光は、受光部ａ、ｂ、ｃ、ｄに入射する。また、回折格子領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄを回折した+１次回折光は受光部ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１に入射し、−１次回折光は受光部ｅ２、ｆ２、ｇ２、ｈ２に入射する。受光部ａ、ｂ、ｃ、ｄおよび受光部ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１、ｅ２、ｆ２、ｇ２、ｈ２から得られたＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２の信号を以下の演算によりフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）、ＲＦ信号を生成する。

なお、ｋｔ２は対物レンズが変位した際にトラッキング誤差信号にＤＣ成分を発生させないようにする係数である。以上の演算により良好なＲＦ信号、サーボ信号が検出可能である。

次に、多層ディスクについて説明する。ここでは例として３層ディスクの表面に近い側の層（Ｌａｙｅｒ２）にフォーカス制御した場合について説明を行う。３層ディスクを反射した信号光、迷光は、対物レンズ２、１／４波長板５６、立ち上げミラー５５、ビームエキスパンダ５４、コリメートレンズ５１、ビームスプリッタ５２を経て偏光性回折格子１１に入射する。偏光性回折格子１１を回折した信号光と迷光は、偏光フィルタ１０１を一部透過し検出器に入射する。偏光フィルタ１０１は図９のような形状となっており、領域１は垂直方向の偏光成分（±１次回折光成分）のみを透過し、領域２は水平方向の偏光成分（０次回折光成分）のみを透過する特性を有している。また、領域１は受光部ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１、ｅ２、ｆ２、ｇ２、ｈ２に相当する領域に配置されており、領域２は受光部ａ、ｂ、ｃ、ｄに相当する領域に配置されている。

このような偏光フィルタ１０１が挿入されることにより、受光部上の信号光と迷光の関係は図１０に示すようになる。ここで、実線がＬａｙｅｒ２を反射した信号光、破線がＬａｙｅｒ１を反射した迷光、１点鎖線がＬａｙｅｒ０反射した迷光を示しており、斜線部は最も影響のある迷光（光量の大きい０次回折光の迷光）を示している。また、図１０（ａ）は偏光フィルタが搭載された場合で、図１０（ｂ）は偏光フィルタがない場合を示している。このように、偏光フィルタがなければ受光部ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１、ｅ２、ｆ２、ｇ２、ｈ２に０次回折光の迷光成分が入射してしまう。それに対し、偏光フィルタを挿入することで受光部上の信号光と迷光を分離することが可能となる（図１０矢印）。ここで、受光部ａ、ｂ、ｃ、ｄに迷光が入射するが信号光の光量が大きいため、実用上の問題とならない。これにより、安定したサーボ信号を検出することが可能となる。また、回折角を小さくできる構成とするため検出器を小型化することも可能となる。

本実施例では、３層ディスクで説明を行ったが、２層または３層以上であっても効果が得られることは言うまでもない。また、偏光回折格子の偏光特性はこれに限定されるわけでなく、本実施例と異なっていても偏光回折格子を用いることで同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、偏光フィルタは、受光部に張り付けても、離れていても同様の効果が得られることは言うまでもない。そして、偏光フィルタの形状は、本実施例の形状に限定されるわけではなく、信号光と迷光を分離できるパターンであれば同様の効果が得られることは言うまでもない。また、偏光回折格子のパターンは、本実施例に限定されるわけではなく、図６のようなパターンであっても同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに検出器のパターンもこれに限定されることはなく、受光部に入射する信号光と迷光を偏光フィルタで分離することで同様の効果が得られることは言うまでもない。また、偏光フィルタは、領域１、領域２で偏光特性の異なる偏光回折格子としても同様の効果が得られることは言うまでもない。

図１１は本発明の第３の実施例に係る光ピックアップの検出器の一例を示した概略構成図である。光学系は図１と同様の構成であり、実施例１とは回折格子および検出器が異なっている。

まず本実施例に関して、単層ディスクで説明を行う。図２に示す回折格子１１は、偏光回折格子となっており、例えば、垂直方向の偏光に対して＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝１：０：１、水平方向の偏光に対して＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝０：１：０とする。このとき、偏光回折格子の垂直方向、水平方向の軸の取り方は、図２のように入射偏光に対して、傾けてある。このため、偏光回折格子の軸の取り方次第で０次回折光と+１次回折光（−１次回折光）、の偏光状態が異なるにも関わらず、０次回折光と＋１次回折光の光量比を変えることが可能となっている。ここでは、偏光回折格子を回折した光ビームは、＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝１：１０：１とする。また、図２に示すように偏光回折格子１１は領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅｈ、Ｄｆｇ、Ｄｉで構成されている。

偏光回折格子１１を回折した信号光は偏光フィルタ１０１を透過し、検出器１０に入射する。検出器１０は、図１１に示すように１２つの受光部がある。回折格子領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅｈ、Ｄｆｇ、Ｄｉを回折した０次回折光は、受光部ａ、ｂ、ｃ、ｄに入射する。また、回折格子領域Ｄｅｈ、Ｄｆｇを回折した+１次回折光は受光部ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１に入射し、−１次回折光は受光部ｅ２、ｆ２、ｇ２、ｈ２に入射する。受光部ａ、ｂ、ｃ、ｄおよび受光部ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１、ｅ２、ｆ２、ｇ２、ｈ２から得られたＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｅ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２の信号を以下の演算によりフォーカス誤差信号（ＦＥＳ）、トラッキング誤差信号（ＴＥＳ）、ＲＦ信号を生成する。

なお、ｋｔ３は対物レンズが変位した際にトラッキング誤差信号にＤＣ成分を発生させないようにする係数である。以上の演算により良好なＲＦ信号、サーボ信号が検出可能である。

次に、多層ディスクについて説明する。ここでは例として３層ディスクの表面に近い側の層（Ｌａｙｅｒ２）にフォーカス制御した場合について説明を行う。３層ディスクを反射した信号光、迷光は、対物レンズ２、１／４波長板５６、立ち上げミラー５５、ビームエキスパンダ５４、コリメートレンズ５１、ビームスプリッタ５２を経て偏光性回折格子１１に入射する。偏光性回折格子１１を回折した信号光と迷光は、偏光フィルタ１０１を一部透過し検出器に入射する。偏光フィルタ１０１は図１２のような形状となっており、領域１は垂直方向の偏光成分（＋１次回折光成分）のみを透過し、領域２は水平方向の偏光成分（０次回折光成分）のみを透過する特性を有している。また、領域１は受光部ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１、ｅ２、ｆ２、ｇ２、ｈ２に相当する領域に配置されており、領域２は受光部ａ、ｂ、ｃ、ｄに相当する領域に配置されている。

このような偏光フィルタ１０１が挿入されることにより、受光部上の信号光と迷光の関係は図１３に示すようになる。ここで、実線がＬａｙｅｒ２を反射した信号光、破線がＬａｙｅｒ１を反射した迷光、１点鎖線がＬａｙｅｒ０反射した迷光を示しており、斜線部は最も影響のある迷光（光量の大きい０次回折光の迷光）を示している。また、図１３（ａ）は偏光フィルタが搭載された場合で、図１３（ｂ）は偏光フィルタがない場合を示している。このように、偏光フィルタがなければ受光部ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１、ｅ２、ｆ２、ｇ２、ｈ２に０次回折光の迷光成分が入射してしまう。それに対し、偏光フィルタを挿入することで受光部上の信号光と迷光を分離することが可能となる（図１３矢印）。ここで、受光部ａ、ｂ、ｃ、ｄに迷光が入射するが信号光の光量が大きいため、実用上の問題とならない。これにより、安定したサーボ信号を検出することが可能となる。また、回折角を小さくできる構成とするため検出器を小型化することも可能となる。

本実施例では、３層ディスクで説明を行ったが、２層または３層以上であっても効果が得られることは言うまでもない。また、偏光回折格子の偏光特性はこれに限定されるわけでなく、本実施例と異なっていても偏光回折格子を用いることで同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、偏光フィルタは、受光部に張り付けても、離れていても同様の効果が得られることは言うまでもない。そして、偏光フィルタの形状は、本実施例の形状に限定されるわけではなく、信号光と迷光を分離できるパターンであれば同様の効果が得られることは言うまでもない。また、偏光回折格子のパターンは、本実施例に限定されるわけではなく、図６のようなパターンであっても同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに検出器のパターンもこれに限定されることはなく、受光部に入射する信号光と迷光を偏光フィルタで分離することで同様の効果が得られることは言うまでもない。また、偏光フィルタは、領域１、領域２で偏光特性の異なる偏光回折格子としても同様の効果が得られることは言うまでもない。

図１４は本発明の実施例４に係る光ピックアップの光学系を示している。
半導体レーザ５０からは、波長略４０５ｎｍの光ビームが発散光として出射される。半導体レーザ５０から出射した光ビームはビームスプリッタ５２を反射する。なお一部の光ビームはビームスプリッタ５２を透過しフロントモニタ５３に入射する。一般的に記録型の光ディスクに情報を記録する場合には、光ディスクの記録面に所定の光量を照射させるため、半導体レーザの光量を高精度に制御する必要がある。このため、フロントモニタ５３は記録型の光ディスクに信号を記録する際に、半導体レーザ５０の光量の変化を検出し、半導体レーザ５０の駆動回路（図示せず）にフィードバックされる。これにより光ディスク上の光量をモニタすることが可能となる。

ビームスプリッタ５２を反射した光ビームはコリメートレンズ５１により略平行な光ビームに変換される。コリメートレンズ５１を透過した光ビームはビームエキスパンダ５４に入射する。ビームエキスパンダ５４は、光ビームの発散・収束状態を変えることで、光ディスク１００のカバー層の厚み誤差による球面収差を補償することに使用される。ビームエキスパンダ５４を出射した光ビームは立ち上げミラー５５を反射、１／４波長板５６を透過後、アクチュエータ５に搭載された対物レンズ２により光ディスク１００上に集光される。

光ディスク１００により反射した光ビームは、対物レンズ２、１／４波長板５６、立ち上げミラー５５、ビームエキスパンダ５４、コリメートレンズ５１、ビームスプリッタ５２を透過し、偏光回折格子１１に入射する。図１５は、偏光性回折格子１１を示している。偏光回折格子１１は領域ごとに回折格子ピッチ、溝方向が異なっており、各領域を出射した光束は異なる方向に回折する。そして偏光回折格子１１を回折した光ビームは、偏光フィルタ１０１を経て検出器１０に入射する。

まず本実施例に関して、単層ディスクで説明を行う。図１５に示す回折格子１１は、偏光回折格子となっており、例えば、垂直方向の偏光に対して＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝１：０：１、水平方向の偏光に対して＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝０：１：０とする。このとき、偏光回折格子の垂直方向、水平方向の軸の取り方は、図１５のように入射偏光に対して、わずかに傾けてある。このため、偏光回折格子の軸の取り方次第で０次回折光と+１次回折光（−１次回折光）、の偏光状態が異なるにも関わらず、０次回折光と＋１次回折光の光量比を変えることが可能となっている。ここでは、偏光回折格子を回折した光ビームは、＋１次回折光：０次回折光：−１次回折光＝１：１０：１とする。また、偏光回折格子１１は、回折格子領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅ、Ｄｆ、Ｄｇ、Ｄｈ、Ｄｉの９つの領域で構成されており、各領域の溝周期、溝方向が異なっている。

偏光回折格子１１を回折した信号光は偏光フィルタ１０１を透過し、検出器１０に入射する。検出器１０は、図１６に示すように１８つの受光部がある。回折格子領域Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅ、Ｄｆ、Ｄｇ、Ｄｈ、Ｄｉを回折した０次回折光は受光部Ｏに入射する。また回折格子Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅ、Ｄｆ、Ｄｇ、Ｄｈを回折した+１次回折光は受光部ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１に入射し、−１次回折光は受光部ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖに入射する。

受光面ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１、ｉ１、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖ、ｅ２、ｆ２、ｇ２、ｈ２から得られたＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１、Ｉ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖの信号を以下の演算によりフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号、ＲＦ信号を生成する。

なお、ｋｔ４は対物レンズが変位した際にトラッキング誤差信号にＤＣ成分を発生させないようにする係数である。以上の演算により良好なＲＦ信号、サーボ信号が検出可能である。

次に、多層ディスクについて説明する。ここでは例として３層ディスクの表面に近い側の層（Ｌａｙｅｒ２）にフォーカス制御した場合について説明を行う。３層ディスクを反射した信号光、迷光は、対物レンズ２、１／４波長板５６、立ち上げミラー５５、ビームエキスパンダ５４、コリメートレンズ５１、ビームスプリッタ５２を経て偏光性回折格子１１に入射する。偏光性回折格子１１を回折した信号光と迷光は、偏光フィルタ１０１を一部透過し検出器に入射する。偏光フィルタ１０１は図１７のような形状となっており、領域１は垂直方向の偏光成分（＋１次回折光成分）のみを透過し、領域２は水平方向の偏光成分（０次回折光成分）のみを透過する特性を有している。また、領域１は受光部ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖに相当する領域に配置されており、領域２は受光部Ｏに相当する領域に配置されている。

このような偏光フィルタ１０１が挿入されることにより、受光部上の信号光と迷光の関係は図１８に示すようになる。ここで、実線がＬａｙｅｒ２を反射した信号光、破線がＬａｙｅｒ１を反射した迷光、１点鎖線がＬａｙｅｒ０反射した迷光を示しており、斜線部は最も影響のある迷光（光量の大きい０次回折光の迷光）を示している。また、図１８（ａ）は偏光フィルタが搭載された場合で、図１８（ｂ）は偏光フィルタがない場合を示している。このように、偏光フィルタがなければ受光部ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１、ｆ１、ｇ１、ｈ１、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ｒ、ｓ、ｔ、ｕ、ｖに０次回折光の迷光成分が入射してしまう。それに対し、偏光フィルタを挿入することで受光部上の信号光と迷光を分離することが可能となる（図１８矢印）。これにより、安定したサーボ信号を検出することが可能となる。また、回折角を小さくできる構成とするため検出器を小型化することも可能となる。

本実施例では、３層ディスクで説明を行ったが、２層または３層以上であっても効果が得られることは言うまでもない。また、偏光回折格子の偏光特性はこれに限定されるわけでなく、本実施例と異なっていても偏光回折格子を用いることで同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、偏光フィルタは、受光部に張り付けても、離れていても同様の効果が得られることは言うまでもない。そして、偏光フィルタの形状は、本実施例の形状に限定されるわけではなく、信号光と迷光を分離できるパターンであれば同様の効果が得られることは言うまでもない。また、偏光回折格子のパターンは、本実施例に限定されるわけではなく、図１９のようなパターンであっても同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに検出器のパターンもこれに限定されることはなく受光部に入射する信号光と迷光を偏光フィルタで分離することで同様の効果が得られることは言うまでもない。また、偏光フィルタは、領域１、領域２で偏光特性の異なる偏光回折格子としても同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施例５では、光ピックアップ装置１を搭載した、光学的情報再生装置について説明する。図２０は光学的情報再生装置の概略構成である。光ピックアップ装置１は、光ディスク１００の半径方向に沿って駆動できる機構が設けられており、アクセス制御回路１７３からのアクセス制御信号に応じて位置制御される。
レーザ点灯回路１７７からは所定のレーザ駆動電流が光ピックアップ装置１内の半導体レーザに供給され、半導体レーザからは再生に応じて所定の光量でレーザ光が出射される。なお、レーザ点灯回路１７７は光ピックアップ装置１内に組み込むこともできる。

光ピックアップ装置１内の光検出器から出力された信号は、サーボ信号生成回路１７４および情報信号再生回路１７５に送られる。サーボ信号生成回路１７４では前記光検出器からの信号に基づいてフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号ならびにチルト制御信号などのサーボ信号が生成され、これを基にアクチュエータ駆動回路１７３を経て光ピックアップ装置１内のアクチュエータを駆動して、対物レンズの位置制御がなされる。

前記情報信号再生回路１７５では、前記光検出器からの信号に基づいて光ディスク１００に記録されている情報信号が再生される。
前記サーボ信号生成回路１７４および情報信号再生回路１７５で得られた信号の一部はコントロール回路１７６に送られる。このコントロール回路１７６にはスピンドルモータ駆動回路１７１、アクセス制御回路１７３、サーボ信号生成回路１７４、レーザ点灯回路１７７、球面収差補正素子駆動回路１７９などが接続され、光ディスク１００を回転させるスピンドルモータ１８０の回転制御、アクセス方向およびアクセス位置の制御、対物レンズのサーボ制御、光ピックアップ装置１内の半導体レーザ発光光量の制御、ディスク基板厚さの違いによる球面収差の補正などが行われる。

実施例６では、光ピックアップ装置１を搭載した、光学的情報記録再生装置について説明する。図２１は光学的情報記録再生装置の概略構成である。この装置で前記図２０に説明した光学的情報記録再生装置と相違する点は、コントロール回路１７６とレーザ点灯回路１７７の間に情報信号記録回路１７８を設け、情報信号記録回路１７８からの記録制御信号に基づいてレーザ点灯回路１７７の点灯制御を行って、光ディスク１００へ所望の情報を書き込む機能が付加されている点である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

２：対物レンズ、５：アクチュエータ、１０：検出器、１１：回折格子、５０：半導体レーザ、５１：コリメートレンズ、５２：ビームスプリッタ、５３：フロントモニタ、５４：ビームエキスパンダ、５５：立ち上げミラー、５６：１／４波長板、５７：検出レンズ、１００：光ディスク、１０１：偏光フィルタ、１７１：スピンドルモータ回路、１７２：アクセス制御回路、１７３：アクチュエータ駆動回路、１７４：サーボ信号生成回路、１７５：情報信号再生回路、１７６：コントロール回路、１７７：レーザ点灯回路、１７８：情報記録回路、１７９：球面収差補正素子駆動回路、１８０：スピンドルモータ

Claims (14)

1. 光ピックアップ装置であって、
   レーザ光を出射する半導体レーザと、
   前記半導体レーザから出射された光束を複数層の光ディスクに照射する対物レンズと、
   前記光束を、少なくとも第１の光束と、該第１の光束とは偏光状態と回折角の異なる第２の光束に回折する偏光回折格子と、
   前記偏光回折格子により回折された光束を受光する複数の受光部を有する光検出器と、
   前記半導体レーザから前記光ディスクまで至る経路と、前記光ディスクから前記光検出器まで至る経路を分岐する分岐素子と、
   所定の偏光成分の光束を透過する偏光素子と、を備え、
   前記偏光回折格子と前記偏光素子は、前記分岐素子と前記光検出器の間に配置され、
   前記偏光素子は、前記第２の光束を遮光し、前記第１の光束を透過する第１の領域と、前記第１の光束を遮光し、前記第２の光束を透過する第２の領域と、を有し、
   前記光検出器は、前記第１の領域に対応する第１の受光部と、前記第２の領域に対応する第２の受光部と、を有し、
   前記偏光回折格子で回折された前記第１の光束と前記第２の光束は、前記偏光素子を介して前記光検出器に入射することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１記載の光ピックアップ装置において、
   前記偏光素子は、前記所定の偏光成分と略直交する偏光成分の光束を反射もしくは吸収もしくは回折することを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項１から請求項２のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
   前記偏光素子は検光子であることを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
   前記偏光素子は偏光フィルタであることを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
   前記偏光回折格子を透過する透過光もしくは0次回折光と、前記回折格子で回折された±１次回折光の偏光が略直交していることを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
   前記偏光素子は、少なくとも２つ以上の偏光特性の異なる領域を有していることを特徴とする光ピックアップ装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
   前記偏光回折格子で回折された±１次回折光もしくは＋１次回折光もしくは−１次回折光を検出する受光部に入射する前記偏光回折格子の０次回折光もしくは前記偏光回折格子を透過する透過光は、前記偏光素子により減光されることを特徴する光ピックアップ装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
   前記偏光回折格子の０次回折光もしくは前記偏光回折格子を透過する透過光を検出する受光部に入射する前記偏光回折格子で回折された±１次回折光もしくは＋１次回折光もしくは−１次回折光は、前記偏光素子により減光されることを特徴する光ピックアップ装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
   前記偏光素子はフォトニック結晶であることを特徴とする光ピックアップ装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
    前記偏光素子は偏光フィルタであることを特徴とする光ピックアップ装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
    前記偏光回折格子を回折した０次回折光を再生信号に用いることを特徴とする光ピックアップ装置。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の光ピックアップ装置と、
    前記光ピックアップ装置内における前記半導体レーザを駆動するレーザ点灯回路と、
    前記光ピックアップ装置内の前記光検出器から検出された信号を用いてフォーカス誤差信号やトラッキング誤差信号を生成するサーボ信号生成回路と、
    光ディスクに記録された情報信号を再生する情報信号再生回路と、
    を搭載した光ディスク装置。
13. 請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
    前記第１の光束は、前記偏光回折格子を透過する透過光もしくは0次回折光であり、
    前記第２の光束は、前記偏光回折格子で回折された±１次回折光もしくは＋１次回折光もしくは−１次回折光であり、
    前記第１の光束と前記第２の光束の偏光は略直交していることを特徴とする光ピックアップ装置。
14. 請求項１から請求項１１のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
    前記第１の光束は、前記偏光回折格子を透過する透過光もしくは0次回折光であり、
    前記第２の光束は、前記偏光回折格子で回折された±１次回折光もしくは＋１次回折光もしくは−１次回折光であり、
    前記第１の光束または前記第２の光束は、前記偏光素子により減光されることを特徴する光ピックアップ装置。

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