JPWO2002063621A1 - 光学装置及び光記憶装置 - Google Patents
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Abstract
光学装置であって、発散光を出射する光源と、該発散光を偏光成分に応じて透過又は反射する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタ透過後の発散光を平行光に変換するコリメータレンズと、該平行光を物体上にフォーカスする対物レンズとを含んでいる。光学装置は更に、コリメータレンズと対物レンズの間に配置された、偏光ビームスプリッタへの発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に主軸を有し、P偏光とS偏光の間に+90°±15°又は−90°±15°の位相差を生じさせる光学素子を含んでいる。例えば、光学素子はビームスプリッタへの発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板から構成される。
Description
技術分野
本発明は、一般的に光学装置に関し、特に、該光学装置を使用した光記憶装置に関する。
背景技術
光ディスクは、音声、文字、画像情報等を記録再生する媒体として、コンパクトディスク(CD)、CD−ROM、CD−R、デジタル・ビデオ・ディスク(DVD)、光磁気ディスク(MOディスク)、ミニディスク(MD)等で使用されている。これらの光ディスクは近年急速に発展するマルチメディア化の中で中核となるメモリ媒体として脚光を浴びており、通常カートリッジケースの中に収容された状態で使用される。光ディスクカートリッジが光ディスク装置内にローディングされ、光ピックアップにより光ディスクに対するデータのリード/ライトが行われる。
最近の光ディスク装置の光ピックアップは、小型化を実現するため、レーザダイオード、レーザビームの反射及び透過を行うビームスプリッタ、光ディスクからの反射光を受光する光検出器等を含んだ固定光学アセンブリと、キャリッジ及びキャリッジに取り付けられた対物レンズを有するアクチュエータを含んだ移動光学アセンブリとから構成される。キャリッジはボイスコイルモータ(VCM)により、一対のレールに沿って光ディスクの半径方向に移動される。
固定光学アセンブリのレーザダイオードから出射されたライトパワーのレーザビームはコリメータレンズによりコリメートされた後、偏光ビームスプリッタを透過し、アクチュエータのビーム立ち上げミラーにより反射されて対物レンズにより光ディスク上にフォーカスされ、光ディスクにデータが書き込まれる。一方、データの読み出しは、光ディスクにリードパワーのレーザビームを照射することにより行われる。光ディスクからの反射光は対物レンズによりコリメートビームにされた後、固定光学アセンブリの偏光ビームスプリッタにより反射され、この反射光が光検出器で検出されて電気信号に変換される。
光ピックアップの更なる小型化を実現するため、レーザダイオードからの発散光を直接偏光ビームスプリッタに入射させる構成の光ピックアップが開発されている。この光ピックアップでは、光ディスクで反射された収束光が偏光ビームスプリッタに戻ってきてその一部が反射されるため、光検出器への集光のためのレンズを省略することができる。さらに光ピックアップのコンパクト化を図るために、最近では、レーザダイオード、偏光ビームスプリッタ、光出力モニタ、サーボ検知系、RF信号検知系及びプリアンプ回路を集積一体化した光ピックアップ(光学ヘッド)の開発が盛んに行われている。
これらの光ピックアップでは、偏光ビームスプリッタの偏光分離膜へ入射する発散光の入射角度が分布を持つため、偏光分離膜の透過率及び反射率、偏光成分の位相差及び偏光面方向等が分布を持つことになる。これらの分布による特性の劣化を防ぐため、光源から出射された発散光の開口径を小さくして、偏光ビームスプリッタへの入射角度の分布の影響を抑えてきた。このため従来は、光の利用効率が低くても問題とならない再生専用のミニディスク装置等において、発散光を偏光ビームスプリッタに入射させる構成の光ピックアップを採用して、光ピックアップの小型化が図られている。
書き換え可能な光ディスク装置では、高速記録、高速転送が要求されるため、光源からの光の取り込み光量を大きくする必要がある。このような装置の小型化を行うと、偏光ビームスプリッタの偏光分離膜への入射角度分布による光学特性の分布が装置の性能を抑制することになる。図1を参照すると、レーザダイオード2から出射された発散光4の進行方向の分布状態が示されている。レーザダイオード2は偏光ビームスプリッタ(PBS)6の偏光分離膜8に対するP偏光の発散光を出射する。ここで、P偏光は電気ベクトルの振動方向が偏光分離面8への散乱光4の入射面内にある直線偏光であり、S偏光は電気ベクトルの振動方向が入射面と垂直方向の直線偏光であると定義する。
図1に示すように、レーザダイオード2から出射されたP偏光の発散光4はX軸方向及びY軸方向に広がりを持つとともに、光軸上の光(主光線)4aは45°の入射角で偏光分離面(BS面)8に入射する。即ち、図3に示すように、レーザダイオード2から出射された発散光4の偏光方向(P偏光)とPBS6のBS面8に対する理想入射面10とが、平行となるようにPBS6が配置されている。但し、理想入射面10とは以下のように定義される面を言う。即ち、理想入射面10とは、図3に示すように光軸上の光4aと、その光がPBS6のBS面8によって反射された反射光とを含む面を意味する。よって、理想入射面10はBS面8に垂直である。
ところで、レーザダイオード2から出射された発散光4はX軸方向及びY軸方向に広がりを持つため、発散光4のX軸方向の外周の光線4bは理想入射面10と平行ではなくある角度θを持つことになる。よって、光線4bのBS面8に対する入射面は理想入射面10とθの角度をなすことになる。レーザダイオード2から出射された発散光4の偏光方向は、光軸上の光線4a及び発散光4の外周の光線4bで変わることなく同一方向であるため、光線4bの偏光方向はその光線の入射面から角度θを持つことになる。上に定義したように、P偏光は電気ベクトルの振動方向が入射面内にある直線偏光であるから、光線4bの偏光方向は入射面と平行でないため、光線4bはP偏光に加えてBS面8に対する若干のS偏光成分を持つことになる。
即ち、図4に示すようにBS面8の透過軸(P偏光方向)と入射光4bの偏光方向が角度θをなすため、BS面8を透過した光線4bはその偏光方向がθ回転されることになる。このため、図2に示す発散光4の断面12において、中心領域12aの偏光方向14はP偏光であるが、X軸方向に広がったサイド領域12bの偏光方向14´は発散光の広がりに応じて回転し、発散光の断面12内で図2に示すような偏光方向の分布が生じることになる。即ち、偏光方向の回転角は、理想入射面10に垂直な方向に角度分布を有する。この偏光方向の分布は、媒体上に集光されたビームスポット内でも同様に生じることになる。図4において、符号15は光の進行方向を示している。
図5を参照すると、偏光ビームスプリッタを透過後図示しないコリメータレンズにより平行光16に変換され、対物レンズ18で媒体20上に集光され、媒体20により反射された反射光が再び偏光ビームスプリッタに入射するまでの偏光面の方向が示されている。PBS通過後の往路の偏光方向は、PBSへの入射面方向となる。媒体20で反射され再びPBSに戻る復路の偏光方向は、幾何学的には往路と同じ偏光方向である。しかしながら平行光16の外周の光線についてはコリメータレンズで収束されながらPBSに入射するため、収束光の外周の光線についてはその偏光方向と再度入射するPBSに対する入射面方向とが角度を有する。このため、あたかも偏光面の回転が生じたように見える。復路の光量分布が対称な場合には、このような偏光面の回転は何ら問題ないが、実際には復路の光量分布は非対称であるため、光学特性が劣化する。
書き換え可能な光ディスクには、図6に示すようにトラッキング用の案内溝22が形成されており、ディスクのトラック24上に照射されたレーザ光は、隣接する案内溝22により回折を受け、図6中に点線で示すような回折光26を生じる。この回折光26は、トラック24からの反射光28と干渉し、ボールシェイプ状の明暗パターンが形成される。このため、案内溝22をビームスポットが横断する際にはこのボールシェイプ状の明暗パターンが変動して、あたかも偏光面が回転したようになる。このため、光磁気記録媒体に記録された情報を再生する際の偏光面の回転に基づく再生信号に対して、トラック横断信号からの漏れ込み信号が問題となる。
図7は光磁気信号(MO信号)の最短マークであるMO2T信号に対して、トラックエラー信号(TES)の漏れ込みを示している。光磁気情報検知のようにビームスポットがトラックを追従している場合には問題ないが、媒体上にゴミやトラックの欠陥等があると、MO信号へのこれらの欠陥に起因するノイズの漏れ込みによりMO信号は検出できなくなる。また、書き換え可能な光ディスクでは、アドレス検出用に図8Aに示すようなウオブルトラック30或いは図8Bに示すように片側ウオブルトラック32を形成した光ディスクが知られている。ウオブルトラックとは、例えば22kHzなどの所定の周波数で本来のトラック中心から左右に微小な距離だけずらして形成された波状のトラックであり、その位相に基づいてディスク上のアドレスを判定できるようになっている。従って、ディスクにアドレスを記録する必要がなく、より多くの情報を記録することができる。これらのウオブルトラック30又は片側ウオブルトラック32は周波数帯域が高いため、トラッキングサーボはウオブリングによる蛇行を追従しないため、やはりMO信号への漏れ込みにより信号検知が困難になる。
このようなMO信号への漏れ込みによる外乱を抑制する方法の一例として、特開平7−57320号公報には、光ディスクのトラック方向とPBSへの発散光の入射面の方向が垂直となるようにレーザダイオード、PBS及び光ディスクを配置する方法が開示されている。しかしこの方法では、レーザダイオードからの光の広がり角の分布方向や偏光方向及び偏光ビームスプリッタの分光特性等が固定化されてしまう。また、特願平12−40849号公報では、MO検出系の復路光路の一部をマスクする方法によって、MO信号への漏れこみ信号を抑制する方法が提案されている。この方法では、マスク位置の調整等が難しい。
発明の開示
よって、本発明の目的は、発散光又は収束光を偏光ビームスプリッタに入射させる際の偏光面の回転によるCNRの劣化を抑制した光学装置を提供することである。
本発明の他の目的は、発散光又は収束光を偏光ビームスプリッタに入射させる際の偏光面の回転によるCNRの劣化を抑制可能な光記憶装置を提供することである。
本発明の一側面によると、発散光を出射する光源と、該発散光を偏光成分に応じて透過又は反射する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタ透過後の発散光を平行光に変換するコリメータレンズと、該平行光を物体上にフォーカスする対物レンズと、前記コリメータレンズと前記対物レンズの間に配置された、該偏光ビームスプリッタへの前記発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に主軸を有し、P偏光とS偏光の間に+90°±15°又は−90°±15°の位相差を生じさせる第1光学素子と、を具備したことを特徴とする光学装置が提供される。
好ましくは、第1光学素子はビームスプリッタへの発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板から構成される。代替案として、第1光学素子は、平行光の入射面がビームスプリッタへの発散光の入射面と平行又は垂直に配置された反射ミラーと、該反射ミラー上に設けられた位相差発生膜から構成される。
更に好ましくは、光学装置は、物体からの反射光を偏光方向が互いに直交する偏光成分に分離する第2光学素子と、該第2光学素子と偏光ビームスプリッタの間に配置された−90°±15°又は+90°±15°の位相差を生じさせる第3光学素子を更に具備している。第2光学素子は例えばウオラストンプリズムから構成される。好ましくは、第3光学素子は偏光ビームスプリッタの偏光分離面に形成された位相差発生膜から構成される。或いは、第3光学素子は偏光ビームスプリッタに接着されたガラスブロックの全反射面に形成された位相差発生膜から構成される。
本発明の他の側面によると、少なくとも光記憶媒体に記憶された情報を読み出し可能な光記憶装置であって、発散光を出射する光源と、該発散光を偏光成分に応じて透過又は反射する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタ透過後の発散光を平行光に変換するコリメータレンズと、該平行光を物体上にフォーカスする対物レンズと、前記光記憶媒体で反射された反射光から再生信号を検出する再生信号検出器と、前記反射光から前記光記憶媒体上にフォーカスされた光のサーボ信号検出を行うサーボ信号検出器と、前記コリメータレンズと前記対物レンズの間に配置された、該偏光ビームスプリッタへの前記発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に主軸を有し、P偏光とS偏光の間に+90°±15°又は−90°±15°の位相差を生じさせる第1光学素子と、を具備したことを特徴とする光記憶装置が提供される。
好ましくは、第1光学素子はビームスプリッタへの発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板から構成される。代替案として、第1光学素子は、平行光の入射面がビームスプリッタへの発散光の入射面と平行又は垂直に配置された反射ミラーと、該反射ミラー上に設けられた位相差発生膜から構成される。好ましくは、偏光ビームスプリッタの偏光分離面は円筒面形状を有しており、偏光ビームスプリッタに接着されたガラスブロックの全反射面は、再生信号検出器上に反射光が集光されるような円筒面形状を有している。
発明を実施するための最良の形態
まず、図9を参照して本発明の光記憶装置の原理について説明する。レーザダイオード34より出射したP偏光の発散光35は偏光ビームスプリッタ(PBS)36を透過し、コリメータレンズ40で平行光42に変換される。発散光35の横方向外周の光線は偏光分離膜38の理想入射面に対して所定の角度を有するため、コリメータレンズ40通過後の平行光42は円50で示すように偏光方向の分布を有している。この平行光42はPBS36に対する発散光35の理想入射面に対して、光学軸が平行又は垂直となるように配置された1/4波長板48を通過することで、偏光面の回転した部分では楕円偏光となり、円52で示すような偏光分布を有する。この平行光42は対物レンズ44で光ディスク46上にフォーカスされる。1/4波長板48はP偏光とS偏光の間に+90°±15°又は−90°±15°の位相差を生じさせる波長板を採用可能である。好ましくは、P偏光とS偏光の間に+90°±5°又は−90°±5°の位相差を生じさせるのが望ましい。
光ディスク46からの反射光は対物レンズ44で平行光に変換される。この反射光は光ビームの同じ位置では偏光面の回転方向が円54で示すように往路の回転方向から逆転して戻って来る。このため、1/4波長板48がない状態では、図5に示したように復路の偏光面とPBS36に対する入射面がなす角度が大きくなる。しかし、本発明ではPBS36に対する入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板48を配置したことにより、この角度を小さく抑えられ、1/4波長板48通過後の偏光分布は円56に示すように往路の偏光分布と同様となる。1/4波長板48としては、一軸性又は二軸性の複屈折材料を用いた1/4波長板を使用できる。
復路の平行光はコリメータレンズ40で収束光に変換されてPBS36に入射し、P偏光成分の約30%が偏光分離膜38で反射されS偏光成分の約97%が偏光分離膜38で反射される。この反射光は1/4波長板58、ウオラストンプリズム60、マルチレンズ60を介してMO信号検出用フォトディテクタ64上に集光される。1/4波長板58は1/4波長板48で発生させた位相差を補償するものである。本発明では1/4波長板48で発生した位相差と1/4波長板58で発生した位相差の和が0°±15°、好ましくは0°±5°の範囲内であるようにする。1/4波長板58を透過した収束光はウオラストンプリズム60で常光線と異常光線に分離され、それぞれ2つに分割されたフォトディテクタ64に入射し、これらのフォトディテクタで検出された信号を従来良く知られた方法で作動検出することにより、光磁気信号(MO信号)が検出される。このように1/4波長板48で発生する位相差と1/4波長板58で発生する位相差の和が0°に近づくように設計することにより、MO信号そのものを高く保持した状態で、光ディスクの案内溝、媒体欠陥等に起因するノイズのMO信号への漏れ込み量を低減することができる。
図10を参照すると、本発明の変形例の原理図が示されている。この変形例では図9に示した1/4波長板48を使用する代わりに、表面又は裏面に位相差発生膜を有するビーム立ち上げミラー66で平行光42を反射することにより、図9に示した原理図と同様な効果を得ることができる。図10に示した構成では、ビーム立ち上げミラー66の表面66aに+90°又は−90°の反射位相差を生じる位相差発生膜がコーティングされている。この位相差発生膜は例えば誘電体多層膜から構成される。ビーム立ち上げミラー66の表面66a上に位相差発生膜を形成する代わりに、その裏面66b上に位相差発生膜を形成するようにしても良い。この場合には、ビーム立ち上げミラー66の表面66aに反射防止膜を形成する必要がある。このように、ビーム立ち上げミラー66に位相差制御の機能を持たせることで、部品点数を増加させないでディスクの案内溝、媒体欠陥等に起因するノイズのMO信号への漏れ込みを低減することができる。
本発明の光ディスク装置は、図11に示したような情報記録のためにピット70の形成されたROMディスクに光磁気膜を成膜したコンカラントROM、RAM媒体においても非常に有効である。図11において、符号72は光磁気マーク(MOマーク)であり、ビームスポット74は矢印76方向に移動する。コンカラントROM、RAM媒体では、ROM信号(ピット70による光量変化)と、RAM信号(MOマーク72による偏光成分の変化)を同時に読み出すことが要求されるが、本発明によれば偏光成分の変化と光量分布の変化を選別できるため、ROM信号のRAM信号への漏れ込みを抑制することができる。
図12を参照すると、本発明実施形態に係る光ディスク装置の光ピックアップの概略構成図が示されている。図13は図12に示したビームスプリッタユニット部分の概略斜視図である。Si基板76上にMO信号検出用フォトディテクタ78、サーボ信号検出用フォトディテクタ80、半導体レーザのパワーモニタ用フォトディテクタ82が一体的に形成されている。基板76上には更にレーザダイオード84と反射プリズム86が搭載されている。反射プリズム86は例えばBKガラス(Shott社製)から作製されており、反射面には無位相反射膜がコーティングされている。反射プリズム86は、例えばガラスモールド法、研磨加工等により作製される。88はコバールから形成されたキャップであり、基板76上に形成された各フォトディテクタ78,80,82、レーザダイオード84及び反射プリズム86を気密封止している。
キャップ88上にはガラス基板90上に形成されたホログラム92が接着されている。1枚のガラス基板にエッチングにより複数のホログラムパターンを形成し、ダイシング加工により個々のホログラムに切り出すことにより、一度に多数のホログラムを量産することが可能である。ホログラム92にはフォーカシング誤差信号とトラッキング誤差信号を分離するための回折格子がパターニングされている。
ホログラム92のガラス基板90上にはビームスプリッタユニット94が光学接着剤より搭載固定されている。ビームスプリッタユニット94は円筒面98と斜面100を有するガラスブロック96と、このガラスブロック96に接着されたガラスブロック102を含んでいる。ガラスブロック96の円筒面98上には偏光分離膜99が形成されている。ガラスブロック102は円筒面98に丁度フィットする凹状の円筒面104と円筒反射面106を有しており、ガラスブロック102の凹状円筒面104がガラスブロック96の円筒面98に光学接着剤により接着されている。ガラスブロック102の円筒反射面106には誘電体多層膜から形成された位相差発生膜がコーティングされている。好ましくは、ガラスブロック96の斜面100及びガラスブロック102の円筒反射面106には反射膜がコーティングされている。ガラスブロック96の下面には集光用ホログラムレンズ110の形成されたガラス板108が接着されている。また、ガラスブロック102の下面には反射光を常光線と異常光線に分離するためのウオラストンプリズム112が接着されている。
114はコリメータレンズであり、半導体レーザ84から出射されたP偏光の発散光を平行光に変換する。120は偏光分離膜99への発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板であり、1/4波長板120通過後の平行光は図9の円52で示すような偏光分布を有する。この平行光は対物レンズ116により光磁気ディスク118の記録面上にフォーカスされる。
しかして、レーザダイオード84から出射されたP偏光の発散光は反射プリズム86により垂直方向に光路を変換されてホログラム92を透過し、約70%の透過率で偏光分離膜99を透過する。偏光分離膜99で反射されたレーザ光は斜面100で反射されて、集光用ホログラムレンズ110でパワーモニタ用フォトディテクタ82に集光され、フォトディテクタ82の出力信号により半導体レーザ84のパワーを所定レベルとなるように制御する。偏光分離膜99を透過した発散光はコリメータレンズ114で平行光に変換され、1/4波長板120を透過することによりその一部の光が楕円偏光に変換されてから、対物レンズ116により光磁気ディスク118の記録面上にフォーカスされる。
光磁気ディスク118の記録面で反射された反射光は、書き込み情報により磁気カー回転を生じ、S偏光成分を含むようになる。この反射光は対物レンズ116により平行光に戻されて、1/4波長板120を透過することにより図9の円56で示すような偏光分布を有するようになる。反射光は更に、コリメータレンズ114により収束されながらビームスプリッタユニット94に入射する。反射光中のP偏光成分は約70%の透過率で偏光分離膜99を透過し、P偏光成分の約30%が偏光分離膜99により反射される。一方、反射光中のS偏光成分は約97%の反射率で偏光分離膜99で反射される。反射光中では、S偏光成分の割合は非常に小さいが、偏光分離膜99でS偏光成分の殆どを反射することにより、S偏光成分の割合を高めている。
偏光分離膜99で反射された光はガラスブロック102の円筒反射面106で下方に全反射され、ウオラストンプリズム112に入射する。円筒反射面106には位相差発生膜が形成されているため、1/4波長板120で発生した位相差がこの位相差発生膜によりキャンセルされる。円筒反射面106で反射した光はウオラストンプリズム112で常光線と異常光線に分離され、フォトディテクタ78で検出される。即ち、フォトディテクタ78は常光線成分を検出するフォトディテクタと、異常光線成分を検出するフォトディテクタとを含んでいる。この2つのフォトディテクタ78で検出された信号を従来良く知られた方法で作動検出することにより、光磁気信号が検出される。
一方、偏光分離膜99を透過した反射光はホログラム92に入射し、ホログラム92により回折されたビームがサーボ検出用フォトディテクタ80に入射する。実際には、図15に示すようにサーボ検出用フォトディテクタ80はフォーカシング誤差検出用フォトディテクタ80aと、トラッキング誤差検出用フォトディテクタ80bを含んでいる。
ホログラムの作製は、例えば電子ビームやレーザビームの直接描画により行う。直接描画では、ホログラムの干渉縞断面に傾斜をつけ、高効率化を図る必要が生じるが、多重描画により作製が可能である。これ以外のホログラムの作製方法としては、予めホログラムパターンを大きく直接描画し、ステッパーにより縮小してマスクを作製し、フォトリソグラフィによりパターンを転写する方法がある。この場合には、フォトレジスト等をマスクとし、イオンビームによるエッチングで干渉縞パターンを作製する。また、ホログラムを補助露光系として、ホログラフィック露光により作製することも可能である。
図14A及び図14Bは発散光の各光線が偏光ビームスプリッタの偏光分離面に入射する角度を表す三次元グラフである。図14Aは平らな偏光分離面に入射する入射角度を表す三次元グラフであり、図14Bは最適設計された本実施形態の円筒分離面に対する入射角度を表す三次元グラフである。三次元グラフのXY平面は発散ビームの断面を示しており、X方向が、偏光分離面が発散光の光軸に対して傾いている方向に相当する。三次元グラフの高さが入射角度を表している。
図14Aに示されている入射角度分布の最大値は±5.04°であり、入射角度の標準偏差は2.25°である。また、入射角度分布は主にX方向に生じており、Y方向にはほとんど分布が生じていない。偏光ビームスプリッタの特性は入射角度に大きく依存するので、許容される入射角度分布は図14AのZで示されるようにせいぜい±1°程度であり、平らな偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタに発散光が入射する場合には、偏光ビームスプリッタの特性が補償されないことがわかる。
図14Bに示す円筒型分離面の設計の目標値は、入射角度分布の最大値が±0.5°以内であり、入射角度の標準偏差が0.1°以下である。実際は、入射角度分布の最大値が±0.22°、入射角度の標準偏差が0.08°となっている。図14Bから明らかなように、円筒型偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタに発散光が入射する場合は、入射角度の分布が小さく抑えられる。その結果、偏光ビームスプリッタの特性が保証されるため、レーザダイオードから出射された発散光が偏光ビームスプリッタを経由して効率良く光磁気ディスクへと向かい、光磁気ディスクからの戻り光に含まれる信号光が効率良く分離される。また、光学系の位相差も生じない。このような円筒分離面を有する偏光ビームスプリッタは、光源の側に配置されても特性が保証されるため、光ビームの径が小さい位置にサイズの小さな円筒分離面を有する偏光ビームスプリッタを配置することにより、コンパクトな光ピックアップを実現することができる。
図15を参照すると、複数のフォトディテクタとプリアンプ回路の接続関係を示す図が示されている。パワーモニタ用フォトディテクタ82はパワーモニタ用プリアンプ122に接続されており、パワーモニタ用フォトディテクタ82で検出された光量に応じた信号がパワーモニタ用プリアンプ122から出力される。この出力信号に応じて、レーザダイオード84の出力が制御される。サーボ検知用フォトディテクタ80は、4つのフォーカシング誤差検出用フォトディテクタ80aと、4つのトラッキング誤差検出用フォトディテクタ80bを含んでいる。フォーカシング誤差検出用フォトディテクタ80aは、フォーカシング検出用プリアンプ124に接続されており、フォーカシング誤差検出用フォトディテクタ80aの出力が2つ分づつ足し合わされてフォーカシング検出用プリアンプ124に入力される。そして、足し合わされた出力相互の差分がフォーカシング検出用プリアンプ124によって検出されてフォーカシング誤差信号として出力される。
一方、トラッキング誤差検出用フォトディテクタ80bは、トラッキング誤差検出用プリアンプ126に接続されており、トラッキング誤差検出用フォトディテクタ80bの出力が2つ分づつ足し合わされて、トラッキング誤差検出用プリアンプ126に入力される。そして、足し合わされた出力相互の差分がトラッキング誤差検出用プリアンプ126によって検出されてトラッキング誤差信号として出力される。また、2つのMO信号検出用フォトディテクタ78は双方ともMO検出用プリアンプ128及びID検出用プリアンプ130に接続されており、MO検出用プリアンプ128によって2つのMO信号検出用フォトディテクタ78の出力の差分が検出されてMO信号として出力される。ID検出用プリアンプ130によって2つのMO信号検出用フォトディテクタ78の出力の和が検出されて、ID信号として出力される。
以下、本実施形態の具体的な実施例について説明する。表1にはこの具体例で使用した光学素子の位相差を示す。具体的実施例、比較例とも位相差はトータルで359°=−1°となっている。
表2はこの具体的実施例で使用した光学系の仕様と記録マーク条件を示す。この具体的実施例では、TbFeCoからなる単層の磁性層を有する通常の光磁気記録媒体を使用したが、記録層、再生層を少なくとも有する多層の磁性層のMSR媒体を使用しても本発明の効果を得ることができる。
表1及び表2に示した光学系を用いて、エラー率のスライスレベルのオフセットマージンを測定した結果を図16に示す。比較例の光学系は1/4波長板を有していない。比較例では、オフセットが0のレベルでのエラー率が悪く且つマージンも狭い。これに対して、具体的実施例では、オフセット0でのエラー率は10−5以下であり、10−5以下のオフセットマージンも±10mVであり、実用上問題ないレベルが得られた。比較例で用いた装置では、記録媒体によってエラー率がばらつくが、具体的実施例では媒体によるばらつきも低く抑えられる。このことから、本発明により媒体欠陥等に起因するノイズのMO信号への漏れ込みを抑制することにより、記録再生特性が改善されることが明らかとなった。
さらに本発明は、図17に示すような高周波のウオブル信号で変調したROM信号をMO検知系で再生するグルーブ・ベースバンド・リコーディング(GBR)にも有効である。図17において、134はグルーブ、136はランド、138はビームスポットをそれぞれ示している。GBR技術は、ディスクに刻んだグルーブ134の両エッジをそれぞれ独立に蛇行させることで信号を載せる多値記録技術である。
図18を参照すると、本発明の光ピックアップを具備した光記憶装置140の概略構成図が示されている。ハウジング142内にはスピンドルモータ144が設けられており、インレットドア146を介して光ディスクカートリッジ119を装置内に挿入すると、内部の光ディスク118のローディングが行われる。ローディングされた光ディスク118の下側には、ボイス・コイル・モータ(VCM)により光ディスクのトラックを横切る方向に移動自在なキャリッジ148が設けられている。キャリッジ148上には対物レンズ116及びビーム立ち上げプリズム115が搭載されている。
固定光学系150に設けられているレーザダイオード等の発光素子からの光ビームをビーム立ち上げプリズム115により反射して対物レンズ116に入射し、光ディスク118の記録面にビームスポットをフォーカスする。対物レンズ116はフォーカシングアクチュエータにより光軸方向に移動制御され、更にトラッキングアクチュエータにより光ディスクのトラックを横切る半径方向に移動される。
産業上の利用可能性
本発明は、発散光が偏光ビームスプリッタを透過した後に、偏光分離面に対する入射面と垂直或いは平行方向を主軸とする+90°又は−90°の位相差を生じさせる光学素子を配置することで、光記録媒体で反射された反射光が再び偏光分離面に入射するときに、反射光の偏光方向と再度入射する偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対する入射面のなす角度を抑制することができる。これにより、媒体の欠陥及び案内溝等に起因するノイズのMO信号への漏れ込み量を低減することができる。特に円筒状偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタを用いることで、偏光分離面への入射角度分布を低減し、記録再生特性を向上することができる。
以上の説明では、本発明を光磁気ディスク装置の光ピックアップに適用した例について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のタイプの光ディスク装置、光カード装置及び光テープ装置等の光ピックアップにも同様に適用可能である。さらに、本発明は光の偏光を利用した光学装置、例えば偏光顕微鏡等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
図1は発散光の偏光分離面に対する進行方向を示す図;
図2は偏光ビームスプリッタ透過後の発散光断面の偏光方向を示す図;
図3は偏光分離面に対する理想入射面を説明する図;
図4は偏光分離膜の透過軸方向と入射光の偏光方向の関係を示す模式図;
図5はレーザ光の偏光面と偏光ビームスプリッタの入射面との関係を示す模式図;
図6はディスクの案内溝からの回折パターンを示す模式図;
図7はトラック横断信号のMO信号への漏れ込みを示す図;
図8Aはウオブルトラックの模式図;
図8Bは片側ウオブルトラックの模式図;
図9は1/4波長板を使用した本発明の原理を説明する模式図;
図10は位相差発生膜を有するビーム立ち上げミラーを使用した本発明の原理を説明する模式図;
図11はコンカラントROM,RAMのマークを示す模式図;
図12は本発明実施形態の光ピックアップの構成を示す図;
図13は実施形態の光ピックアップのフォトディテクタ基板及びビームスプリッタユニット部分の斜視図;
図14Aは平らな偏光分離面に対する入射角度分布を示す図;
図14Bは円筒面形状の偏光分離面に対する入射角度分布を示す図;
図15は実施形態に用いた集積型フォトディテクタとプリアンプとの接続関係を示す図;
図16は比較例と比較した本発明実施形態のエラー率のオフセットマージンを測定した結果を示す図;
図17はGBRの模式図;
図18は本発明の光ピックアップを具備した光記憶装置の概略構成図である。
本発明は、一般的に光学装置に関し、特に、該光学装置を使用した光記憶装置に関する。
背景技術
光ディスクは、音声、文字、画像情報等を記録再生する媒体として、コンパクトディスク(CD)、CD−ROM、CD−R、デジタル・ビデオ・ディスク(DVD)、光磁気ディスク(MOディスク)、ミニディスク(MD)等で使用されている。これらの光ディスクは近年急速に発展するマルチメディア化の中で中核となるメモリ媒体として脚光を浴びており、通常カートリッジケースの中に収容された状態で使用される。光ディスクカートリッジが光ディスク装置内にローディングされ、光ピックアップにより光ディスクに対するデータのリード/ライトが行われる。
最近の光ディスク装置の光ピックアップは、小型化を実現するため、レーザダイオード、レーザビームの反射及び透過を行うビームスプリッタ、光ディスクからの反射光を受光する光検出器等を含んだ固定光学アセンブリと、キャリッジ及びキャリッジに取り付けられた対物レンズを有するアクチュエータを含んだ移動光学アセンブリとから構成される。キャリッジはボイスコイルモータ(VCM)により、一対のレールに沿って光ディスクの半径方向に移動される。
固定光学アセンブリのレーザダイオードから出射されたライトパワーのレーザビームはコリメータレンズによりコリメートされた後、偏光ビームスプリッタを透過し、アクチュエータのビーム立ち上げミラーにより反射されて対物レンズにより光ディスク上にフォーカスされ、光ディスクにデータが書き込まれる。一方、データの読み出しは、光ディスクにリードパワーのレーザビームを照射することにより行われる。光ディスクからの反射光は対物レンズによりコリメートビームにされた後、固定光学アセンブリの偏光ビームスプリッタにより反射され、この反射光が光検出器で検出されて電気信号に変換される。
光ピックアップの更なる小型化を実現するため、レーザダイオードからの発散光を直接偏光ビームスプリッタに入射させる構成の光ピックアップが開発されている。この光ピックアップでは、光ディスクで反射された収束光が偏光ビームスプリッタに戻ってきてその一部が反射されるため、光検出器への集光のためのレンズを省略することができる。さらに光ピックアップのコンパクト化を図るために、最近では、レーザダイオード、偏光ビームスプリッタ、光出力モニタ、サーボ検知系、RF信号検知系及びプリアンプ回路を集積一体化した光ピックアップ(光学ヘッド)の開発が盛んに行われている。
これらの光ピックアップでは、偏光ビームスプリッタの偏光分離膜へ入射する発散光の入射角度が分布を持つため、偏光分離膜の透過率及び反射率、偏光成分の位相差及び偏光面方向等が分布を持つことになる。これらの分布による特性の劣化を防ぐため、光源から出射された発散光の開口径を小さくして、偏光ビームスプリッタへの入射角度の分布の影響を抑えてきた。このため従来は、光の利用効率が低くても問題とならない再生専用のミニディスク装置等において、発散光を偏光ビームスプリッタに入射させる構成の光ピックアップを採用して、光ピックアップの小型化が図られている。
書き換え可能な光ディスク装置では、高速記録、高速転送が要求されるため、光源からの光の取り込み光量を大きくする必要がある。このような装置の小型化を行うと、偏光ビームスプリッタの偏光分離膜への入射角度分布による光学特性の分布が装置の性能を抑制することになる。図1を参照すると、レーザダイオード2から出射された発散光4の進行方向の分布状態が示されている。レーザダイオード2は偏光ビームスプリッタ(PBS)6の偏光分離膜8に対するP偏光の発散光を出射する。ここで、P偏光は電気ベクトルの振動方向が偏光分離面8への散乱光4の入射面内にある直線偏光であり、S偏光は電気ベクトルの振動方向が入射面と垂直方向の直線偏光であると定義する。
図1に示すように、レーザダイオード2から出射されたP偏光の発散光4はX軸方向及びY軸方向に広がりを持つとともに、光軸上の光(主光線)4aは45°の入射角で偏光分離面(BS面)8に入射する。即ち、図3に示すように、レーザダイオード2から出射された発散光4の偏光方向(P偏光)とPBS6のBS面8に対する理想入射面10とが、平行となるようにPBS6が配置されている。但し、理想入射面10とは以下のように定義される面を言う。即ち、理想入射面10とは、図3に示すように光軸上の光4aと、その光がPBS6のBS面8によって反射された反射光とを含む面を意味する。よって、理想入射面10はBS面8に垂直である。
ところで、レーザダイオード2から出射された発散光4はX軸方向及びY軸方向に広がりを持つため、発散光4のX軸方向の外周の光線4bは理想入射面10と平行ではなくある角度θを持つことになる。よって、光線4bのBS面8に対する入射面は理想入射面10とθの角度をなすことになる。レーザダイオード2から出射された発散光4の偏光方向は、光軸上の光線4a及び発散光4の外周の光線4bで変わることなく同一方向であるため、光線4bの偏光方向はその光線の入射面から角度θを持つことになる。上に定義したように、P偏光は電気ベクトルの振動方向が入射面内にある直線偏光であるから、光線4bの偏光方向は入射面と平行でないため、光線4bはP偏光に加えてBS面8に対する若干のS偏光成分を持つことになる。
即ち、図4に示すようにBS面8の透過軸(P偏光方向)と入射光4bの偏光方向が角度θをなすため、BS面8を透過した光線4bはその偏光方向がθ回転されることになる。このため、図2に示す発散光4の断面12において、中心領域12aの偏光方向14はP偏光であるが、X軸方向に広がったサイド領域12bの偏光方向14´は発散光の広がりに応じて回転し、発散光の断面12内で図2に示すような偏光方向の分布が生じることになる。即ち、偏光方向の回転角は、理想入射面10に垂直な方向に角度分布を有する。この偏光方向の分布は、媒体上に集光されたビームスポット内でも同様に生じることになる。図4において、符号15は光の進行方向を示している。
図5を参照すると、偏光ビームスプリッタを透過後図示しないコリメータレンズにより平行光16に変換され、対物レンズ18で媒体20上に集光され、媒体20により反射された反射光が再び偏光ビームスプリッタに入射するまでの偏光面の方向が示されている。PBS通過後の往路の偏光方向は、PBSへの入射面方向となる。媒体20で反射され再びPBSに戻る復路の偏光方向は、幾何学的には往路と同じ偏光方向である。しかしながら平行光16の外周の光線についてはコリメータレンズで収束されながらPBSに入射するため、収束光の外周の光線についてはその偏光方向と再度入射するPBSに対する入射面方向とが角度を有する。このため、あたかも偏光面の回転が生じたように見える。復路の光量分布が対称な場合には、このような偏光面の回転は何ら問題ないが、実際には復路の光量分布は非対称であるため、光学特性が劣化する。
書き換え可能な光ディスクには、図6に示すようにトラッキング用の案内溝22が形成されており、ディスクのトラック24上に照射されたレーザ光は、隣接する案内溝22により回折を受け、図6中に点線で示すような回折光26を生じる。この回折光26は、トラック24からの反射光28と干渉し、ボールシェイプ状の明暗パターンが形成される。このため、案内溝22をビームスポットが横断する際にはこのボールシェイプ状の明暗パターンが変動して、あたかも偏光面が回転したようになる。このため、光磁気記録媒体に記録された情報を再生する際の偏光面の回転に基づく再生信号に対して、トラック横断信号からの漏れ込み信号が問題となる。
図7は光磁気信号(MO信号)の最短マークであるMO2T信号に対して、トラックエラー信号(TES)の漏れ込みを示している。光磁気情報検知のようにビームスポットがトラックを追従している場合には問題ないが、媒体上にゴミやトラックの欠陥等があると、MO信号へのこれらの欠陥に起因するノイズの漏れ込みによりMO信号は検出できなくなる。また、書き換え可能な光ディスクでは、アドレス検出用に図8Aに示すようなウオブルトラック30或いは図8Bに示すように片側ウオブルトラック32を形成した光ディスクが知られている。ウオブルトラックとは、例えば22kHzなどの所定の周波数で本来のトラック中心から左右に微小な距離だけずらして形成された波状のトラックであり、その位相に基づいてディスク上のアドレスを判定できるようになっている。従って、ディスクにアドレスを記録する必要がなく、より多くの情報を記録することができる。これらのウオブルトラック30又は片側ウオブルトラック32は周波数帯域が高いため、トラッキングサーボはウオブリングによる蛇行を追従しないため、やはりMO信号への漏れ込みにより信号検知が困難になる。
このようなMO信号への漏れ込みによる外乱を抑制する方法の一例として、特開平7−57320号公報には、光ディスクのトラック方向とPBSへの発散光の入射面の方向が垂直となるようにレーザダイオード、PBS及び光ディスクを配置する方法が開示されている。しかしこの方法では、レーザダイオードからの光の広がり角の分布方向や偏光方向及び偏光ビームスプリッタの分光特性等が固定化されてしまう。また、特願平12−40849号公報では、MO検出系の復路光路の一部をマスクする方法によって、MO信号への漏れこみ信号を抑制する方法が提案されている。この方法では、マスク位置の調整等が難しい。
発明の開示
よって、本発明の目的は、発散光又は収束光を偏光ビームスプリッタに入射させる際の偏光面の回転によるCNRの劣化を抑制した光学装置を提供することである。
本発明の他の目的は、発散光又は収束光を偏光ビームスプリッタに入射させる際の偏光面の回転によるCNRの劣化を抑制可能な光記憶装置を提供することである。
本発明の一側面によると、発散光を出射する光源と、該発散光を偏光成分に応じて透過又は反射する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタ透過後の発散光を平行光に変換するコリメータレンズと、該平行光を物体上にフォーカスする対物レンズと、前記コリメータレンズと前記対物レンズの間に配置された、該偏光ビームスプリッタへの前記発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に主軸を有し、P偏光とS偏光の間に+90°±15°又は−90°±15°の位相差を生じさせる第1光学素子と、を具備したことを特徴とする光学装置が提供される。
好ましくは、第1光学素子はビームスプリッタへの発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板から構成される。代替案として、第1光学素子は、平行光の入射面がビームスプリッタへの発散光の入射面と平行又は垂直に配置された反射ミラーと、該反射ミラー上に設けられた位相差発生膜から構成される。
更に好ましくは、光学装置は、物体からの反射光を偏光方向が互いに直交する偏光成分に分離する第2光学素子と、該第2光学素子と偏光ビームスプリッタの間に配置された−90°±15°又は+90°±15°の位相差を生じさせる第3光学素子を更に具備している。第2光学素子は例えばウオラストンプリズムから構成される。好ましくは、第3光学素子は偏光ビームスプリッタの偏光分離面に形成された位相差発生膜から構成される。或いは、第3光学素子は偏光ビームスプリッタに接着されたガラスブロックの全反射面に形成された位相差発生膜から構成される。
本発明の他の側面によると、少なくとも光記憶媒体に記憶された情報を読み出し可能な光記憶装置であって、発散光を出射する光源と、該発散光を偏光成分に応じて透過又は反射する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタ透過後の発散光を平行光に変換するコリメータレンズと、該平行光を物体上にフォーカスする対物レンズと、前記光記憶媒体で反射された反射光から再生信号を検出する再生信号検出器と、前記反射光から前記光記憶媒体上にフォーカスされた光のサーボ信号検出を行うサーボ信号検出器と、前記コリメータレンズと前記対物レンズの間に配置された、該偏光ビームスプリッタへの前記発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に主軸を有し、P偏光とS偏光の間に+90°±15°又は−90°±15°の位相差を生じさせる第1光学素子と、を具備したことを特徴とする光記憶装置が提供される。
好ましくは、第1光学素子はビームスプリッタへの発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板から構成される。代替案として、第1光学素子は、平行光の入射面がビームスプリッタへの発散光の入射面と平行又は垂直に配置された反射ミラーと、該反射ミラー上に設けられた位相差発生膜から構成される。好ましくは、偏光ビームスプリッタの偏光分離面は円筒面形状を有しており、偏光ビームスプリッタに接着されたガラスブロックの全反射面は、再生信号検出器上に反射光が集光されるような円筒面形状を有している。
発明を実施するための最良の形態
まず、図9を参照して本発明の光記憶装置の原理について説明する。レーザダイオード34より出射したP偏光の発散光35は偏光ビームスプリッタ(PBS)36を透過し、コリメータレンズ40で平行光42に変換される。発散光35の横方向外周の光線は偏光分離膜38の理想入射面に対して所定の角度を有するため、コリメータレンズ40通過後の平行光42は円50で示すように偏光方向の分布を有している。この平行光42はPBS36に対する発散光35の理想入射面に対して、光学軸が平行又は垂直となるように配置された1/4波長板48を通過することで、偏光面の回転した部分では楕円偏光となり、円52で示すような偏光分布を有する。この平行光42は対物レンズ44で光ディスク46上にフォーカスされる。1/4波長板48はP偏光とS偏光の間に+90°±15°又は−90°±15°の位相差を生じさせる波長板を採用可能である。好ましくは、P偏光とS偏光の間に+90°±5°又は−90°±5°の位相差を生じさせるのが望ましい。
光ディスク46からの反射光は対物レンズ44で平行光に変換される。この反射光は光ビームの同じ位置では偏光面の回転方向が円54で示すように往路の回転方向から逆転して戻って来る。このため、1/4波長板48がない状態では、図5に示したように復路の偏光面とPBS36に対する入射面がなす角度が大きくなる。しかし、本発明ではPBS36に対する入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板48を配置したことにより、この角度を小さく抑えられ、1/4波長板48通過後の偏光分布は円56に示すように往路の偏光分布と同様となる。1/4波長板48としては、一軸性又は二軸性の複屈折材料を用いた1/4波長板を使用できる。
復路の平行光はコリメータレンズ40で収束光に変換されてPBS36に入射し、P偏光成分の約30%が偏光分離膜38で反射されS偏光成分の約97%が偏光分離膜38で反射される。この反射光は1/4波長板58、ウオラストンプリズム60、マルチレンズ60を介してMO信号検出用フォトディテクタ64上に集光される。1/4波長板58は1/4波長板48で発生させた位相差を補償するものである。本発明では1/4波長板48で発生した位相差と1/4波長板58で発生した位相差の和が0°±15°、好ましくは0°±5°の範囲内であるようにする。1/4波長板58を透過した収束光はウオラストンプリズム60で常光線と異常光線に分離され、それぞれ2つに分割されたフォトディテクタ64に入射し、これらのフォトディテクタで検出された信号を従来良く知られた方法で作動検出することにより、光磁気信号(MO信号)が検出される。このように1/4波長板48で発生する位相差と1/4波長板58で発生する位相差の和が0°に近づくように設計することにより、MO信号そのものを高く保持した状態で、光ディスクの案内溝、媒体欠陥等に起因するノイズのMO信号への漏れ込み量を低減することができる。
図10を参照すると、本発明の変形例の原理図が示されている。この変形例では図9に示した1/4波長板48を使用する代わりに、表面又は裏面に位相差発生膜を有するビーム立ち上げミラー66で平行光42を反射することにより、図9に示した原理図と同様な効果を得ることができる。図10に示した構成では、ビーム立ち上げミラー66の表面66aに+90°又は−90°の反射位相差を生じる位相差発生膜がコーティングされている。この位相差発生膜は例えば誘電体多層膜から構成される。ビーム立ち上げミラー66の表面66a上に位相差発生膜を形成する代わりに、その裏面66b上に位相差発生膜を形成するようにしても良い。この場合には、ビーム立ち上げミラー66の表面66aに反射防止膜を形成する必要がある。このように、ビーム立ち上げミラー66に位相差制御の機能を持たせることで、部品点数を増加させないでディスクの案内溝、媒体欠陥等に起因するノイズのMO信号への漏れ込みを低減することができる。
本発明の光ディスク装置は、図11に示したような情報記録のためにピット70の形成されたROMディスクに光磁気膜を成膜したコンカラントROM、RAM媒体においても非常に有効である。図11において、符号72は光磁気マーク(MOマーク)であり、ビームスポット74は矢印76方向に移動する。コンカラントROM、RAM媒体では、ROM信号(ピット70による光量変化)と、RAM信号(MOマーク72による偏光成分の変化)を同時に読み出すことが要求されるが、本発明によれば偏光成分の変化と光量分布の変化を選別できるため、ROM信号のRAM信号への漏れ込みを抑制することができる。
図12を参照すると、本発明実施形態に係る光ディスク装置の光ピックアップの概略構成図が示されている。図13は図12に示したビームスプリッタユニット部分の概略斜視図である。Si基板76上にMO信号検出用フォトディテクタ78、サーボ信号検出用フォトディテクタ80、半導体レーザのパワーモニタ用フォトディテクタ82が一体的に形成されている。基板76上には更にレーザダイオード84と反射プリズム86が搭載されている。反射プリズム86は例えばBKガラス(Shott社製)から作製されており、反射面には無位相反射膜がコーティングされている。反射プリズム86は、例えばガラスモールド法、研磨加工等により作製される。88はコバールから形成されたキャップであり、基板76上に形成された各フォトディテクタ78,80,82、レーザダイオード84及び反射プリズム86を気密封止している。
キャップ88上にはガラス基板90上に形成されたホログラム92が接着されている。1枚のガラス基板にエッチングにより複数のホログラムパターンを形成し、ダイシング加工により個々のホログラムに切り出すことにより、一度に多数のホログラムを量産することが可能である。ホログラム92にはフォーカシング誤差信号とトラッキング誤差信号を分離するための回折格子がパターニングされている。
ホログラム92のガラス基板90上にはビームスプリッタユニット94が光学接着剤より搭載固定されている。ビームスプリッタユニット94は円筒面98と斜面100を有するガラスブロック96と、このガラスブロック96に接着されたガラスブロック102を含んでいる。ガラスブロック96の円筒面98上には偏光分離膜99が形成されている。ガラスブロック102は円筒面98に丁度フィットする凹状の円筒面104と円筒反射面106を有しており、ガラスブロック102の凹状円筒面104がガラスブロック96の円筒面98に光学接着剤により接着されている。ガラスブロック102の円筒反射面106には誘電体多層膜から形成された位相差発生膜がコーティングされている。好ましくは、ガラスブロック96の斜面100及びガラスブロック102の円筒反射面106には反射膜がコーティングされている。ガラスブロック96の下面には集光用ホログラムレンズ110の形成されたガラス板108が接着されている。また、ガラスブロック102の下面には反射光を常光線と異常光線に分離するためのウオラストンプリズム112が接着されている。
114はコリメータレンズであり、半導体レーザ84から出射されたP偏光の発散光を平行光に変換する。120は偏光分離膜99への発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板であり、1/4波長板120通過後の平行光は図9の円52で示すような偏光分布を有する。この平行光は対物レンズ116により光磁気ディスク118の記録面上にフォーカスされる。
しかして、レーザダイオード84から出射されたP偏光の発散光は反射プリズム86により垂直方向に光路を変換されてホログラム92を透過し、約70%の透過率で偏光分離膜99を透過する。偏光分離膜99で反射されたレーザ光は斜面100で反射されて、集光用ホログラムレンズ110でパワーモニタ用フォトディテクタ82に集光され、フォトディテクタ82の出力信号により半導体レーザ84のパワーを所定レベルとなるように制御する。偏光分離膜99を透過した発散光はコリメータレンズ114で平行光に変換され、1/4波長板120を透過することによりその一部の光が楕円偏光に変換されてから、対物レンズ116により光磁気ディスク118の記録面上にフォーカスされる。
光磁気ディスク118の記録面で反射された反射光は、書き込み情報により磁気カー回転を生じ、S偏光成分を含むようになる。この反射光は対物レンズ116により平行光に戻されて、1/4波長板120を透過することにより図9の円56で示すような偏光分布を有するようになる。反射光は更に、コリメータレンズ114により収束されながらビームスプリッタユニット94に入射する。反射光中のP偏光成分は約70%の透過率で偏光分離膜99を透過し、P偏光成分の約30%が偏光分離膜99により反射される。一方、反射光中のS偏光成分は約97%の反射率で偏光分離膜99で反射される。反射光中では、S偏光成分の割合は非常に小さいが、偏光分離膜99でS偏光成分の殆どを反射することにより、S偏光成分の割合を高めている。
偏光分離膜99で反射された光はガラスブロック102の円筒反射面106で下方に全反射され、ウオラストンプリズム112に入射する。円筒反射面106には位相差発生膜が形成されているため、1/4波長板120で発生した位相差がこの位相差発生膜によりキャンセルされる。円筒反射面106で反射した光はウオラストンプリズム112で常光線と異常光線に分離され、フォトディテクタ78で検出される。即ち、フォトディテクタ78は常光線成分を検出するフォトディテクタと、異常光線成分を検出するフォトディテクタとを含んでいる。この2つのフォトディテクタ78で検出された信号を従来良く知られた方法で作動検出することにより、光磁気信号が検出される。
一方、偏光分離膜99を透過した反射光はホログラム92に入射し、ホログラム92により回折されたビームがサーボ検出用フォトディテクタ80に入射する。実際には、図15に示すようにサーボ検出用フォトディテクタ80はフォーカシング誤差検出用フォトディテクタ80aと、トラッキング誤差検出用フォトディテクタ80bを含んでいる。
ホログラムの作製は、例えば電子ビームやレーザビームの直接描画により行う。直接描画では、ホログラムの干渉縞断面に傾斜をつけ、高効率化を図る必要が生じるが、多重描画により作製が可能である。これ以外のホログラムの作製方法としては、予めホログラムパターンを大きく直接描画し、ステッパーにより縮小してマスクを作製し、フォトリソグラフィによりパターンを転写する方法がある。この場合には、フォトレジスト等をマスクとし、イオンビームによるエッチングで干渉縞パターンを作製する。また、ホログラムを補助露光系として、ホログラフィック露光により作製することも可能である。
図14A及び図14Bは発散光の各光線が偏光ビームスプリッタの偏光分離面に入射する角度を表す三次元グラフである。図14Aは平らな偏光分離面に入射する入射角度を表す三次元グラフであり、図14Bは最適設計された本実施形態の円筒分離面に対する入射角度を表す三次元グラフである。三次元グラフのXY平面は発散ビームの断面を示しており、X方向が、偏光分離面が発散光の光軸に対して傾いている方向に相当する。三次元グラフの高さが入射角度を表している。
図14Aに示されている入射角度分布の最大値は±5.04°であり、入射角度の標準偏差は2.25°である。また、入射角度分布は主にX方向に生じており、Y方向にはほとんど分布が生じていない。偏光ビームスプリッタの特性は入射角度に大きく依存するので、許容される入射角度分布は図14AのZで示されるようにせいぜい±1°程度であり、平らな偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタに発散光が入射する場合には、偏光ビームスプリッタの特性が補償されないことがわかる。
図14Bに示す円筒型分離面の設計の目標値は、入射角度分布の最大値が±0.5°以内であり、入射角度の標準偏差が0.1°以下である。実際は、入射角度分布の最大値が±0.22°、入射角度の標準偏差が0.08°となっている。図14Bから明らかなように、円筒型偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタに発散光が入射する場合は、入射角度の分布が小さく抑えられる。その結果、偏光ビームスプリッタの特性が保証されるため、レーザダイオードから出射された発散光が偏光ビームスプリッタを経由して効率良く光磁気ディスクへと向かい、光磁気ディスクからの戻り光に含まれる信号光が効率良く分離される。また、光学系の位相差も生じない。このような円筒分離面を有する偏光ビームスプリッタは、光源の側に配置されても特性が保証されるため、光ビームの径が小さい位置にサイズの小さな円筒分離面を有する偏光ビームスプリッタを配置することにより、コンパクトな光ピックアップを実現することができる。
図15を参照すると、複数のフォトディテクタとプリアンプ回路の接続関係を示す図が示されている。パワーモニタ用フォトディテクタ82はパワーモニタ用プリアンプ122に接続されており、パワーモニタ用フォトディテクタ82で検出された光量に応じた信号がパワーモニタ用プリアンプ122から出力される。この出力信号に応じて、レーザダイオード84の出力が制御される。サーボ検知用フォトディテクタ80は、4つのフォーカシング誤差検出用フォトディテクタ80aと、4つのトラッキング誤差検出用フォトディテクタ80bを含んでいる。フォーカシング誤差検出用フォトディテクタ80aは、フォーカシング検出用プリアンプ124に接続されており、フォーカシング誤差検出用フォトディテクタ80aの出力が2つ分づつ足し合わされてフォーカシング検出用プリアンプ124に入力される。そして、足し合わされた出力相互の差分がフォーカシング検出用プリアンプ124によって検出されてフォーカシング誤差信号として出力される。
一方、トラッキング誤差検出用フォトディテクタ80bは、トラッキング誤差検出用プリアンプ126に接続されており、トラッキング誤差検出用フォトディテクタ80bの出力が2つ分づつ足し合わされて、トラッキング誤差検出用プリアンプ126に入力される。そして、足し合わされた出力相互の差分がトラッキング誤差検出用プリアンプ126によって検出されてトラッキング誤差信号として出力される。また、2つのMO信号検出用フォトディテクタ78は双方ともMO検出用プリアンプ128及びID検出用プリアンプ130に接続されており、MO検出用プリアンプ128によって2つのMO信号検出用フォトディテクタ78の出力の差分が検出されてMO信号として出力される。ID検出用プリアンプ130によって2つのMO信号検出用フォトディテクタ78の出力の和が検出されて、ID信号として出力される。
以下、本実施形態の具体的な実施例について説明する。表1にはこの具体例で使用した光学素子の位相差を示す。具体的実施例、比較例とも位相差はトータルで359°=−1°となっている。
表2はこの具体的実施例で使用した光学系の仕様と記録マーク条件を示す。この具体的実施例では、TbFeCoからなる単層の磁性層を有する通常の光磁気記録媒体を使用したが、記録層、再生層を少なくとも有する多層の磁性層のMSR媒体を使用しても本発明の効果を得ることができる。
表1及び表2に示した光学系を用いて、エラー率のスライスレベルのオフセットマージンを測定した結果を図16に示す。比較例の光学系は1/4波長板を有していない。比較例では、オフセットが0のレベルでのエラー率が悪く且つマージンも狭い。これに対して、具体的実施例では、オフセット0でのエラー率は10−5以下であり、10−5以下のオフセットマージンも±10mVであり、実用上問題ないレベルが得られた。比較例で用いた装置では、記録媒体によってエラー率がばらつくが、具体的実施例では媒体によるばらつきも低く抑えられる。このことから、本発明により媒体欠陥等に起因するノイズのMO信号への漏れ込みを抑制することにより、記録再生特性が改善されることが明らかとなった。
さらに本発明は、図17に示すような高周波のウオブル信号で変調したROM信号をMO検知系で再生するグルーブ・ベースバンド・リコーディング(GBR)にも有効である。図17において、134はグルーブ、136はランド、138はビームスポットをそれぞれ示している。GBR技術は、ディスクに刻んだグルーブ134の両エッジをそれぞれ独立に蛇行させることで信号を載せる多値記録技術である。
図18を参照すると、本発明の光ピックアップを具備した光記憶装置140の概略構成図が示されている。ハウジング142内にはスピンドルモータ144が設けられており、インレットドア146を介して光ディスクカートリッジ119を装置内に挿入すると、内部の光ディスク118のローディングが行われる。ローディングされた光ディスク118の下側には、ボイス・コイル・モータ(VCM)により光ディスクのトラックを横切る方向に移動自在なキャリッジ148が設けられている。キャリッジ148上には対物レンズ116及びビーム立ち上げプリズム115が搭載されている。
固定光学系150に設けられているレーザダイオード等の発光素子からの光ビームをビーム立ち上げプリズム115により反射して対物レンズ116に入射し、光ディスク118の記録面にビームスポットをフォーカスする。対物レンズ116はフォーカシングアクチュエータにより光軸方向に移動制御され、更にトラッキングアクチュエータにより光ディスクのトラックを横切る半径方向に移動される。
産業上の利用可能性
本発明は、発散光が偏光ビームスプリッタを透過した後に、偏光分離面に対する入射面と垂直或いは平行方向を主軸とする+90°又は−90°の位相差を生じさせる光学素子を配置することで、光記録媒体で反射された反射光が再び偏光分離面に入射するときに、反射光の偏光方向と再度入射する偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対する入射面のなす角度を抑制することができる。これにより、媒体の欠陥及び案内溝等に起因するノイズのMO信号への漏れ込み量を低減することができる。特に円筒状偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタを用いることで、偏光分離面への入射角度分布を低減し、記録再生特性を向上することができる。
以上の説明では、本発明を光磁気ディスク装置の光ピックアップに適用した例について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のタイプの光ディスク装置、光カード装置及び光テープ装置等の光ピックアップにも同様に適用可能である。さらに、本発明は光の偏光を利用した光学装置、例えば偏光顕微鏡等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
図1は発散光の偏光分離面に対する進行方向を示す図;
図2は偏光ビームスプリッタ透過後の発散光断面の偏光方向を示す図;
図3は偏光分離面に対する理想入射面を説明する図;
図4は偏光分離膜の透過軸方向と入射光の偏光方向の関係を示す模式図;
図5はレーザ光の偏光面と偏光ビームスプリッタの入射面との関係を示す模式図;
図6はディスクの案内溝からの回折パターンを示す模式図;
図7はトラック横断信号のMO信号への漏れ込みを示す図;
図8Aはウオブルトラックの模式図;
図8Bは片側ウオブルトラックの模式図;
図9は1/4波長板を使用した本発明の原理を説明する模式図;
図10は位相差発生膜を有するビーム立ち上げミラーを使用した本発明の原理を説明する模式図;
図11はコンカラントROM,RAMのマークを示す模式図;
図12は本発明実施形態の光ピックアップの構成を示す図;
図13は実施形態の光ピックアップのフォトディテクタ基板及びビームスプリッタユニット部分の斜視図;
図14Aは平らな偏光分離面に対する入射角度分布を示す図;
図14Bは円筒面形状の偏光分離面に対する入射角度分布を示す図;
図15は実施形態に用いた集積型フォトディテクタとプリアンプとの接続関係を示す図;
図16は比較例と比較した本発明実施形態のエラー率のオフセットマージンを測定した結果を示す図;
図17はGBRの模式図;
図18は本発明の光ピックアップを具備した光記憶装置の概略構成図である。
Claims (14)
- 発散光を出射する光源と、
該発散光を偏光成分に応じて透過又は反射する偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタ透過後の発散光を平行光に変換するコリメータレンズと、
該平行光を物体上にフォーカスする対物レンズと、
前記コリメータレンズと前記対物レンズの間に配置された、該偏光ビームスプリッタへの前記発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に主軸を有し、P偏光とS偏光の間に+90°±15°又は−90°±15°の位相差を生じさせる第1光学素子と、
を具備したことを特徴とする光学装置。 - 前記第1光学素子は、前記ビームスプリッタへの前記発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板から構成される請求項1記載の光学装置。
- 前記第1光学素子は、前記平行光の入射面が前記ビームスプリッタへの前記発散光の入射面と平行又は垂直に配置された反射ミラーと、該反射ミラー上に設けられた位相差発生膜から構成される請求項1記載の光学装置。
- 前記物体からの反射光を偏光方向が互いに直交する偏光成分に分離する第2光学素子と、該第2光学素子と前記偏光ビームスプリッタの間に配置された−90°±15°又は+90°±15°の位相差を生じさせる第3光学素子を更に具備した請求項1記載の光学装置。
- 前記第2光学素子はウオラストンプリズムから構成される請求項4記載の光学装置。
- 前記偏光ビームスプリッタは偏光分離面を有しており、前記第3光学素子は該偏光分離面に形成された位相差発生膜から構成される請求項4記載の光学装置。
- 前記偏光ビームスプリッタに接着された全反射面を有するガラスブロックを更に具備し、
前記第3光学素子は該全反射面に形成された位相差発生膜から構成される請求項4記載の光学装置。 - 少なくとも光記憶媒体に記憶された情報を読み出し可能な光記憶装置であって、
発散光を出射する光源と、
該発散光を偏光成分に応じて透過又は反射する偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタ透過後の発散光を平行光に変換するコリメータレンズと、
該平行光を光記憶媒体上にフォーカスする対物レンズと、
前記光記憶媒体で反射された反射光から再生信号を検出する再生信号検出器と、
前記反射光から前記光記憶媒体上にフォーカスされた光のサーボ信号検出を行うサーボ信号検出器と、
前記コリメータレンズと前記対物レンズの間に配置された、該偏光ビームスプリッタへの前記発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に主軸を有し、P偏光とS偏光の間に+90°±15°又は−90°±15°の位相差を生じさせる第1光学素子と、
を具備したことを特徴とする光記憶装置。 - 前記第1光学素子は、前記ビームスプリッタへの前記発散光の入射面と垂直方向又は平行方向に光学軸を有する1/4波長板から構成される請求項8記載の光記憶装置。
- 前記第1光学素子は、前記平行光の入射面が前記ビームスプリッタへの前記発散光の入射面と平行又は垂直に配置された反射ミラーと、該反射ミラー上に設けられた位相差発生膜から構成される請求項8記載の光記憶装置。
- 前記物体からの反射光を偏光方向が互いに直交する偏光成分に分離する第2光学素子と、該第2光学素子と前記偏光ビームスプリッタの間に配置された−90°±15°又は+90°±15°の位相差を生じさせる第3光学素子を更に具備した請求項8記載の光記憶装置。
- 前記第2光学素子はウオラストンプリズムから構成される請求項11記載の光記憶装置。
- 前記偏光ビームスプリッタは偏光分離面を有しており、前記第3光学素子は該偏光分離面に形成された位相差発生膜から構成される請求項11記載の光記憶装置。
- 前記偏光ビームスプリッタに接着された全反射面を有するガラスブロックを更に具備し、
前記第3光学素子は該全反射面に形成された位相差発生膜から構成される請求項11記載の光記憶装置。
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