JP2008299980A - 光ピックアップ及び光ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光ピックアップにおいて、2層ディスクを再生する場合にトラッキングエラー信号が変動しない光学系構成で、かつBDとHD DVDのように互いに互換性のない光ディスクに対応する。
【解決手段】レーザ光源と、レーザ光源から出射するの光ビームの偏光方向を回転制御することが可能な第1の偏光回転素子と、レーザ光源から見て偏光回転素子以降の位置に配され、光ビームの偏光状態により光ビームを反射あるいは透過させる光分岐素子と、光分岐素子にて反射した光ビームを第1の光ディスクに集光する第1の対物レンズと、光分岐素子にて透過した光ビームを第2の光ディスクに集光する第2の対物レンズと、第1、第2の光ディスクからの反射光を受光する光検出器とを備え、第1、第2の光ディスクからの反射光が光分岐素子を反射あるいは透過した以降の位置に、反射光の偏光方向を回転制御できる第2の偏光回転素子が配されているようにする。
【選択図】図1
【解決手段】レーザ光源と、レーザ光源から出射するの光ビームの偏光方向を回転制御することが可能な第1の偏光回転素子と、レーザ光源から見て偏光回転素子以降の位置に配され、光ビームの偏光状態により光ビームを反射あるいは透過させる光分岐素子と、光分岐素子にて反射した光ビームを第1の光ディスクに集光する第1の対物レンズと、光分岐素子にて透過した光ビームを第2の光ディスクに集光する第2の対物レンズと、第1、第2の光ディスクからの反射光を受光する光検出器とを備え、第1、第2の光ディスクからの反射光が光分岐素子を反射あるいは透過した以降の位置に、反射光の偏光方向を回転制御できる第2の偏光回転素子が配されているようにする。
【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、例えば特開平10−269587号公報がある。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、例えば特開2006−54006号公報がある。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。
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)やHD DVDなどの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迷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迷光成分となり、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、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。
さらに、BDとHD DVDは互いに高密度記録の光ディスクでありながら、光ディスクのディスク基板厚さは0.1mmと0.6mm、NAは0.85と0.65、トラックピッチは0.32μmと0.4μmと異なるために、BDとHD DVDの何れにも対応するためには、互換可能な光ピックアップの構成とすることが必要となる。しかしながら、特許文献1及び特許文献2の何れにおいても、BDとHD DVDのような複数種類の光ディスクの互換に関しては考慮されていない。
本発明は、2層ディスク再生においてトラッキング信号の変動を抑制し、かつBDやHD DVDなどの複数種類の光ディスクの互換が可能な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、信頼性が高く、かつ複数種類の光ディスクの互換が可能な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として、実施例1から実施例3を用いて以下説明をする。なお、各実施例を適宜組合せた構成も本発明に属する。
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405nm帯の波長で発振可能な半導体レーザであり、常温における発振波長は405nmとなっている。尚、405nm帯はBD、HD DVDの記録再生が可能な波長である。図1は405nmの波長の光ビームが出射されている状態を示している。半導体レーザ1より出射した光ビームは、紙面に平行な偏光状態(以下、P偏光)の光ビームとなるように、半導体レーザ1を光ビームの光軸廻りに回転位置を決めて配置している。
半導体レーザ1を出射した光ビームは、半導体レーザ1の直前においてある液晶素子201に至る。ここで液晶素子201は、光ピックアップの外部に設けられた液晶素子駆動回路221からの入力信号に応じて透過するP偏光の偏光角度を略90度回転することが可能な素子であり、図中に示すように液晶素子駆動回路221のスイッチがオンの状態においては、液晶素子201を透過したあとの光ビームの偏光方向は、P偏光が90度回転された紙面に垂直な方向(以下、S偏光と記す)となる。
液晶素子201を透過した後の光ビームは、反射ミラー202に至る。反射ミラー202は、半導体レーザ1から出射された光ビームの出射光軸に対して、45°の角度をなすように配置されており、光ビームは入射方向に対して90°方向に反射する。
反射ミラー202で反射された光ビームは、PBSプリズム3に至る。PBSプリズム3は、入射する光ビームの光軸に対して、45°の角度をなすような膜面を内部に有する直方体からなる光学素子である。膜面は後述するように405nm帯波長の光ビームのS偏光成分を約100%、P偏光成分を約0%反射する光学素子である。PBSプリズム3に到達した光ビームは、その偏光状態に応じた光量だけS偏光成分は入射方向に対して90°方向に反射し、P偏光成分は透過することとなる。
液晶素子201を透過した後の光ビームは、反射ミラー202に至る。反射ミラー202は、半導体レーザ1から出射された光ビームの出射光軸に対して、45°の角度をなすように配置されており、光ビームは入射方向に対して90°方向に反射する。
反射ミラー202で反射された光ビームは、PBSプリズム3に至る。PBSプリズム3は、入射する光ビームの光軸に対して、45°の角度をなすような膜面を内部に有する直方体からなる光学素子である。膜面は後述するように405nm帯波長の光ビームのS偏光成分を約100%、P偏光成分を約0%反射する光学素子である。PBSプリズム3に到達した光ビームは、その偏光状態に応じた光量だけS偏光成分は入射方向に対して90°方向に反射し、P偏光成分は透過することとなる。
PBSプリズム3の反射膜において反射した光ビームは、コリメートレンズ4によって平行な光ビームに変換される。ここで、コリメートレンズ4は、別のコリメートレンズ214と一体でアクチュエータ203に保持されており、アクチュエータ203を光ビームの光軸方向に駆動することで、光ビームのコリメート状態を収束光状態あるいは発散光状態とすることができ、後述する2層ディスクにおける球面収差の補正が可能となっている。
コリメートレンズ4を出射した光ビームは、立上げミラー204にて角度を90°変換され、4分の1波長板205に至る。ここで光ビーム209は、4分の1波長板205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209が平行光で入射した場合に、例えばBDのようにディスク基板厚さが0.1mmである第1の光ディスク210の情報記録面211に対して合焦可能な機能を持つレンズである。
尚、4分の1波長板205及び対物レンズ7は、駆動コイル207と一体になっているアクチュエータ206に保持されており、駆動コイル207と対向する位置にはマグネット208が配置されている。そのため駆動コイル207に通電しマグネット208からの反力による駆動力を発生させることにより、対物レンズ7を光ディスク210の略半径方向およびディスク面に垂直な方向に移動することが可能な構成となっている。
光ディスク210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205に至る。そのとき、光ビームのほとんどの偏光が往路と同じ円偏光であるため、4分の1波長板205を透過することにより往路とは直交するP偏光に変換される。その後、光ビームは立上げミラー204を反射し、コリメートレンズ4に入射し、コリメートレンズ4により光ビームは平行光から収束光に変換され、PBSプリズム3に到達する。PBSプリズム3に到達した光ビームは、P偏光成分であるためPBSプリズム3の膜面を100%透過することとなる。
PBSプリズム3の後には、液晶素子201、検出レンズ12、2分の1波長板13、偏光回折格子14、平板15が直線上に配置されている。液晶素子201は、往路にて説明したものと同一のものであり、復路側の光ビームに対しても液晶素子201が作用するように設定されている。そのため、液晶素子201を透過した復路側での光ビームの偏光状態は、S偏光に変換されることとなる。検出レンズ12は、検出系側の合成焦点距離を拡大するため、及び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ためのレンズである。2分の1波長板13は、光ビームの偏光方向を光軸廻りに24度回転するように、その方位角を設定している。偏光回折格子14は、入射する光ビームをその偏光状態に応じて、0次光と±1次光の3つの光ビームに分岐し、光検出面16に照射するためのものである。詳細については、後述する。偏光回折格子14を透過した光ビームは、コリメートレンズ4を透過することによりすでに収束光となっており、光ビームの進行方向に対して傾斜している平板15を透過する際に光ビームには非点収差が与えられ、その後、光ビームは光検出器16の所定の光検出面に集光されるようになっている。光検出器16では、受光した光ビームにより光ディスク210から得られるサーボ信号や再生信号などを出力可能となっている。
一方、液晶素子駆動回路221のスイッチがオフの状態においては、液晶素子201を透過した後の光ビームの偏光方向はP偏光のままとなり、反射ミラー202を反射してPBSプリズム3に至る光ビームの偏光状態はP偏光となっている。先述したようにPBSプリズム3においては、P偏光成分の約100%を透過させるようになっている。そのため、PBSプリズム3に到達したP偏光の光ビームは、PBSプリズム3を透過することとなる。
PBSプリズム3を透過し出射した光ビームは、光ビームの光軸に対して45度に設定された反射ミラー212の反射面により光軸方向を90度変換させられ、コリメートレンズ214に至る。コリメートレンズ214では、光ビームは略平行な光ビームに変換される。ここで、コリメートレンズ214は、別のコリメートレンズ4と一体でアクチュエータ203に保持されており、アクチュエータ203を光ビームの光軸方向に駆動することで、光ビームのコリメート状態を収束光状態あるいは発散光状態とすることができ、2層ディスクにおける球面収差の補正が可能となっている点は先述した通りである。
コリメートレンズ214を出射した光ビームは、立上げミラー204にて角度を90°変換され、4分の1波長板215に至る。ここで、光ビーム217は、4分の1波長板215により円偏光に変換された後、対物レンズ216に入射する。対物レンズ216は、405nm帯の光ビーム217が平行光で入射した場合に、例えばHD DVDのようにディスク基板厚さが0.6mmである第2の光ディスク218の情報記録面219に対して合焦可能な機能を持つレンズである。
尚、4分の1波長板215及び対物レンズ216は、対物レンズ7や4分の1波長板205と同様に、駆動コイル207と一体になっているアクチュエータ206に保持されており、駆動コイル207と対向する位置にはマグネット208が配置されている。そのため駆動コイル207に通電しマグネット208からの反力による駆動力を発生させることにより、対物レンズ216を光ディスク218の略半径方向およびディスク面に垂直な方向に移動することが可能な構成となっている。
光ディスク218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216を経て4分の1波長板215に至る。そのとき、光ビームのほとんどの偏光が往路と同じ円偏光であるため、4分の1波長板215を透過することにより往路とは直交するS偏光に変換される。その後、光ビームは立上げミラー204を反射し、コリメートレンズ214に入射し、コリメートレンズ214により光ビームは平行光から収束光に変換され、PBSプリズム3に到達する。PBSプリズム3に到達した光ビームは、S偏光成分であるためPBSプリズム3の膜面を100%反射することとなる。
PBSプリズム3を反射した後には、液晶素子201が配置されているが、復路側においても液晶素子201は作用していないため、光ビームはS偏光のまま液晶素子201を透過することとなり、先に説明した第1の光ディスクを再生する場合と同様に、検出レンズ12に入射する光ビームは、S偏光とすることが可能である。
検出レンズ12、検出レンズ12、2分の1波長板13、偏光回折格子14、平板15を経て、光検出器16に至る部分は、先に述べた第1の光ディスクを再生する場合と同様のため、説明を省略する。
以上説明した光学部品と電気部品の組合せにより、光ピックアップ220が構成されている。
次に、図2を用いて半導体レーザに搭載されているレーザチップ及び偏光に関して説明する。図2において、レーザチップ40は405nm帯の光ビームを出射するものであり、基板42の上に搭載され、図1に記載した半導体レーザ1の内部に搭載されている。レーザチップ40の内部には、活性層41が形成されており、この活性層の端面より光ビームを出射するようになっている。レーザチップ40にある活性層41の端面からレーザチップ40の長手方向に略平行な方向に出射した405nm帯の光ビームは、光ビームの光軸に対して活性層41に平行な方向θh(水平方向)の広がり角が狭く、活性層41に垂直な方向θv(垂直方向)の広がり角が広くなっている。例えばこの広がり角は、おおよそ9°と18°であり、光ビームの広がり43はθv方向に長い楕円状の強度分布を持つものとなっている。ここで、レーザチップ40から出射された光ビームの振動面は、活性層41に平行な面、すなわちθh方向と略一致しており、図中に矢印で示した方向に振動する、いわゆるP偏光の偏光状態となっている。
次に、図3を用いて液晶素子の動作について説明する。図3において、液晶素子201は外部からの電気信号のオン/オフに連動して、液晶素子201を透過するP偏光を偏光面が光軸に対して90度回転したS偏光に変換可能な偏光回転素子である。素子の構成自体は本発明との関連が少ないため詳細な説明をここでは省略する。
図3(a)において、液晶素子駆動回路221のスイッチはオフ状態となっており、液晶素子201に外部から通電されていない状態を示している。この状態においては、液晶素子201には何ら電気的作用が発生しないので、入射側から入射したP偏光は、液晶素子201をそのまま通過し、出射側からP偏光のまま出射される。一方、図3(b)においては、液晶素子駆動回路221のスイッチがオン状態を示しており、液晶素子201が電気的に作用を受けている状態である。この状態において入射側から入射したP偏光は、液晶素子201内で偏光面を90度回転させられ、出射側からS偏光の光ビームとなって出射される。以上により、液晶素子201においては、通電状態のオン/オフにより入射偏光に対して出射偏光を90度回転可能となる。尚、この液晶素子は、光ビームの偏光面を回転させるものであり、出射する光ビームの偏光状態に関係なく、95%以上の透過率を確保できるものである。
図4は、PBSプリズム3の膜面の特性を示した図である。図4において、横軸は膜面に入射する光ビームの波長を示しており、縦軸は入射した光ビームの透過率となっている。光ビームに対して45度の角度で配置されている膜面において、P偏光の光ビームの場合は405nm付近で約100%の光を透過し、S偏光の光ビームに関しては405nm付近でほとんど光を透過しない特性となっている。そのため、405nm付近の光ビームに関しては、P偏光はほとんどが反射せず透過し、S偏光は約100%が反射することとなる。すなわち、P偏光とS偏光は膜面でほぼ分離され、透過及び反射することとなる。
図5は、偏光回折格子における光ビームの回折状態を示す図であり、図1における2分の1波長板13と偏光回折格子14の部分を抽出している。図5において、図示しない光ディスク210あるいは218からの戻りの光ビームは、図中の矢印18で示すような方向に進行し、2分の1波長板13への入射光ビームとなっている。2分の1波長板13への入射光ビームの偏光方向は、紙面に垂直な偏光方向(S偏光)である。ここで、2分の1波長板13の方位角は光軸廻りに33度傾いているため、2分の1波長板13を透過した光ビームの偏光方向は、図中に示すように光軸廻りにα=66度傾いた直線偏光となっており、P偏光成分とS偏光成分を有する偏光状態で、偏光回折格子14に入射するようになっている。偏光回折格子14においては、格子にとってS偏光成分となる光ビームを所定の角度の±1次光として回折するようになっているため、cosαの二乗に相当する光量が+1次光及び−1次光に分岐して回折される。このとき、回折された±1次光20,21の偏光方向は、図中丸印で示す紙面に垂直な振動面を持つS偏光となっている。一方、偏光回折格子14に入射する光ビームのうちsinαの二乗に相当する光量は、0次光として偏光回折格子14を素通りする。このとき、0次光の偏光方向は、図中矢印で示す紙面に平行な振動面を持つP偏光となっている。すなわち、偏光回折格子14を透過後の光ビーム19は、P偏光成分からなる0次光19と、S偏光成分からなる±1次光20,21に分岐することとなる。
次に、実施例1における偏光回折格子のパターンについて、図6を用いて説明する。図6は、偏光回折格子14のパターンを示した図である。偏光回折格子14の表面にはS偏光に対して約100%回折しP偏光に対して約100%透過するような偏光依存性の回折格子溝が形成されている。図中で上下方向で示される回折格子溝に垂直な方向に対して、光ディスクの溝構造から得られる図中破線で示す光ビーム50の回折パターン(ボールシェイプ像)の方向、すなわちディスクの半径方向が、図中の上下方向と一致するように偏光回折格子14は配置されている。
次に光検出器の受光面パターンについて説明する。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。光検出器16上には、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。受光領域70は、4つの受光面73、74、75、76により田の字のように分割されている。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。受光領域71は、2つの帯状の受光面77、78が上下に接するような構成となっている。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。受光領域72は、2つの帯状の受光面79、80が上下に接するような構成となっている。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。
実施例1においては、偏光回折格子14をそのまま透過した0次光の光ビーム51が光検出器16内の受光領域70の中心付近に照射されており、偏光回折格子14にて回折した+1次光の光ビーム52が受光領域71の中心付近に照射され、−1次光の光ビーム53が受光領域72の中心付近に照射されている。また、実施例1においては、図1に示した平板15の作用により光ビームに非点格差が与えられ、いわゆる非点収差方式によるフォーカスエラー信号の検出を行っている。そのため、各光ビーム51、52、53は、検出面上にて約50ミクロン程度の直径を有するスポットとなっている。また、各光ビーム内に存在する回折パターンの方向、すなわちディスク半径方向と、+1次光52、−1次光53の回折方向が一致するように光ピックアップ17の各光学部品は設定されている。受光領域71、72においては、何れも+1次光52、−1次光53の内部で回折パターンが発生しない中央付近から信号を検出するように受光面77、78、79、80の上下方向の幅を設定してある。
ここで、実施例1におけるフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号の生成方法について図7及び図8を用いて説明する。フォーカスエラー信号は、0次光51を受光領域70で受光することにより得られる出力信号に対して、いわゆる非点収差方式といわれる下記の演算をすることにより得ることができる。
フォーカスエラー信号=(a+c)−(b+d)
尚、非点収差方式の原理に関しては、公知の技術であるため、説明を省略する。
尚、非点収差方式の原理に関しては、公知の技術であるため、説明を省略する。
一方、トラッキングエラー信号は、0次光51、+1次光52、−1次光53からそれぞれ得られる出力信号に対して、いわゆるディファレンシャル・プッシュプル法(DPP法)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。
トラッキングエラー信号=((a+b)−(c+d))−K*((e−f)+(g−h))
尚、DPP法の原理に関しては、公知の技術であるため、説明を省略する。ここで、前項の(a+b)−(c+d)は、0次光51から波形110のようないわゆるプッシュプル信号を生成する部分である。波形110は、対物レンズ7がディスク半径方向にシフトした場合を想定しており、プッシュプル信号にはある量のDCオフセットが加わった状態となっている。後項第1項(e−f)は、対物レンズ7の半径方向シフトに伴う+1次光52のスポット位置移動及び分布の光量変化を検出することにより、対物レンズ7の半径方向シフトに比例したオフセット信号を発生するものである。また、後項第2項(g−h)も同様に−1次光53のスポット位置移動及び分布の光量変化を検出することにより、対物レンズ7の半径方向シフトに比例したオフセット信号を発生するものである。後項の(e−f)+(g−h)から得られるオフセット信号は、+1次光52及び−1次光53の回折パターンが発生しない部分から検出しているため、波形111のようにプッシュプル信号成分をほとんど含んでおらず、DCオフセットが加わった状態となっている。波形110と、波形111にK倍のゲイン113を加えたものとの減算処理を減算器114により行うことにより、波形112に示すようなDCオフセットがない良好なプッシュプル波形をトラッキングエラー信号として得ることができる。これにより、対物レンズ7の半径方向シフトがあった場合においても、トラッキングエラー信号のDCオフセットが発生しないようにすることが可能である。
尚、DPP法の原理に関しては、公知の技術であるため、説明を省略する。ここで、前項の(a+b)−(c+d)は、0次光51から波形110のようないわゆるプッシュプル信号を生成する部分である。波形110は、対物レンズ7がディスク半径方向にシフトした場合を想定しており、プッシュプル信号にはある量のDCオフセットが加わった状態となっている。後項第1項(e−f)は、対物レンズ7の半径方向シフトに伴う+1次光52のスポット位置移動及び分布の光量変化を検出することにより、対物レンズ7の半径方向シフトに比例したオフセット信号を発生するものである。また、後項第2項(g−h)も同様に−1次光53のスポット位置移動及び分布の光量変化を検出することにより、対物レンズ7の半径方向シフトに比例したオフセット信号を発生するものである。後項の(e−f)+(g−h)から得られるオフセット信号は、+1次光52及び−1次光53の回折パターンが発生しない部分から検出しているため、波形111のようにプッシュプル信号成分をほとんど含んでおらず、DCオフセットが加わった状態となっている。波形110と、波形111にK倍のゲイン113を加えたものとの減算処理を減算器114により行うことにより、波形112に示すようなDCオフセットがない良好なプッシュプル波形をトラッキングエラー信号として得ることができる。これにより、対物レンズ7の半径方向シフトがあった場合においても、トラッキングエラー信号のDCオフセットが発生しないようにすることが可能である。
次に、光ピックアップにおける光ビームの偏光状態に関して図9及び図10を用いて説明する。尚、図9及び図10の各構成部品に関しては、既に図1を用いて説明しているため、ここでは説明を省略する。
図9は、第1の光ディスクを再生している場合の偏光状態を示した図である。図9において、半導体レーザ1から出射された光ビームは、液晶素子201に入射する。第1の光ディスク210を再生する場合においては、液晶素子駆動回路221のスイッチをオンとすることにより、液晶素子201を通過する光ビームの偏光状態は、図中矢印で記載の紙面に平行なP偏光から、図中2重丸で記載の紙面に垂直なS偏光に回転される。その後光ビームは反射ミラー202を反射後、PBSプリズム3に至る。PBSプリズム3においてはS偏光を約100%反射するため、光ビームはS偏光の状態でPBSプリズム3の膜面で反射してPBSプリズム3を出射することになる。S偏光の光ビームは、コリメートレンズ4を経て、立上げミラー204を反射した後、4分の1波長板205に至る。4分の1波長板205においては、光ビームの偏光状態は円偏光に変換され、対物レンズ7に入射する。その後、第1の光ディスク210の記録面211にて反射され、再び円偏光の状態で、対物レンズ7を経て、4分の1波長板205に至る。復路においては、4分の1波長板205を透過するとき、0次光は往路と直交する方向の直線偏光に変換される。すなわち、図中矢印で示した紙面に平行な偏光方向であるP偏光となる。その後、光ビームはコリメートレンズ4に入射し、コリメートレンズ4により平行光から収束光に変換されるが、偏光状態はP偏光のままでPBSプリズム3に到達する。先述したようにPBSプリズム3の膜面は、P偏光の光ビームを約100%透過するため、第1の光ディスクからの反射光はPBSプリズム3を透過し、液晶素子201に入射する。即ち、図9のPBSプリズム3においては、往路の光ビームはS偏光のため反射し、復路はP偏光のため透過することとなる。液晶素子201においては、液晶素子の作用により入射するP偏光がS偏光に偏光方向を90°回転させられて出射している。
検出レンズ12以降では、先述したように、2分の1波長板13が光ビームの偏光方向を光軸廻りに66度回転するように、その方位角を設定しているため、2分の1波長板13を透過後の光ビームは、P偏光成分とS偏光成分の両方を有する直線偏光に光軸廻りに回転されることとなる。2分の1波長板13を出射した光ビームは、偏光回折格子14に入射するが、偏光回折格子14では、入射する光ビームのうち、P偏光成分を0次光として透過させ、S偏光成分を±1次光として回折させる。偏光回折格子14を出射した0次光及び±1次光は、その偏光状態を維持したまま、平板15を透過し、光検出器16の所定の受光面に至る。
次に、第2の光ディスクを再生している場合の偏光状態に関して、図10を用いて説明する。図10において、半導体レーザ1から出射された光ビームは、液晶素子201に入射する。第2の光ディスク218を再生する場合においては、液晶素子駆動回路221のスイッチをオフとすることにより、液晶素子201を通過する光ビームの偏光状態は、図中矢印で記載の紙面に平行なP偏光まま液晶素子を透過することとなる。その後光ビームは反射ミラー202にて反射され、PBSプリズム3に至る。PBSプリズム3においてP偏光は約100%透過するため、光ビームはP偏光の状態でPBSプリズム3の膜面を透過してPBSプリズム3を出射することになる。P偏光の光ビームは、反射ミラー212にて光軸方向を90度変換された後、コリメートレンズ214を経て、立上げミラー204を反射後、4分の1波長板216に至る。4分の1波長板216において、光ビームの偏光状態は円偏光に変換され、対物レンズ216に入射する。その後、第2の光ディスク218の記録面219にて反射され、再び円偏光の状態で、対物レンズ216を経て、4分の1波長板215に至る。復路においては、4分の1波長板215を透過するとき、0次光は往路とは直交する方向の直線偏光に変換される。すなわち、図中2重丸で示した紙面に垂直な偏光方向であるS偏光となる。その後、光ビームはコリメートレンズ214に入射し、コリメートレンズ214により平行光から収束光に変換されるが、偏光状態はS偏光のままで反射ミラー212を反射後、PBSプリズム3に到達する。先述したようにPBSプリズム3の膜面は、S偏光の光ビームを約100%反射するため、第2の光ディスクからの反射光はPBSプリズム3を反射し、液晶素子201に向かって出射する。即ち、図10のPBSプリズム3においては、往路の光ビームはP偏光のため透過し、復路はS偏光のため透過することとなる。液晶素子201においては、液晶素子が作用していないため、入射するS偏光がそのままS偏光として出射している。
検出レンズ12以降では、図9と同様に、2分の1波長板13が光ビームの偏光方向を光軸廻りに66度回転するように、その方位角を設定しているため、2分の1波長板13を透過後の光ビームは、P偏光成分とS偏光成分の両方を有する直線偏光に光軸廻りに回転されることとなる。2分の1波長板13を出射した光ビームは、偏光回折格子14に入射するが、偏光回折格子14では、入射する光ビームのうち、P偏光成分を0次光として透過させ、S偏光成分を±1次光として回折させる。偏光回折格子14を出射した0次光及び±1次光は、その偏光状態を維持したまま、平板15を透過し、光検出器16の所定の受光面に至る。
以上より、実施例1においては、往路において液晶素子201を透過する光ビームの偏光方向をS偏光あるいはP偏光とすることで、S偏光の場合は第1の対物レンズ7側に光ビームを導き、P偏光の場合は第2の対物レンズ216側に光ビームを導くようにできる。さらに、第1及び第2の光ディスクの何れからの反射光に対して、復路にて液晶素子201を透過するようにすることで、何れの光ビームに対しても液晶素子201透過以降の偏光方向を同じようにすることができ、光検出器において光ディスクからの信号を検出することが可能である。
次に、2層ディスクを再生する場合の光ビームの状態について図11を用いて説明する。図11は、2層ディスクを再生した場合の2層ディスク部分での光ビームの状態を示した図である。尚、図11において、各光学部品の配置は先の図1で示した構成と同じであるので説明を省略する。
図示しない半導体レーザ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2層の光ディスク22上の再生しようとする記録面23に集光される。記録面23を反射した光ビームは、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、図示しない光検出器16に到達する。ここで、2層ディスクは、2つの記録面23及び記録面24を有する光ディスクであり、対物レンズ7から見て手前側にある記録面23は、所定量の光ビームを反射し、所定量の光ビームを透過させ記録面24に導くような記録面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、記録面23を透過する光ビームが一定量必ず生じることとなる。記録面23に集光したのちに記録面23を透過する光ビームは、図中の点線にて示すように記録面24にて全反射し、対物レンズ7を経てコリメートレンズ4に至る。実線で示した記録面23を反射した光ビームに対して、この記録面24を反射した光ビームは点線にて示すように光ビームの収束状態が異なることとなる。そのため、光検出器16に到達する手前に一旦集光状態となり、光検出器16上では光ビームの有効径が幾分大きくなっている。
図12は2層ディスク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。図12は所望の記録面からの信号光のスポットと他の記録面からの反射光のスポットを重ねて記載したものである。図12において、光検出器内には、先に説明した受光領域70、受光領域71、受光領域72が配置されており、これらの受光領域に対して、所望の記録面からの信号光が照射されるように光検出器16は位置調整されており、受光領域70には0次光51が照射され、受光領域71には+1次光52が照射され、受光領域72には−1次信号光53が照射されている。そのため、受光領域70,71,72からの出力信号を演算することにより、非点収差法によるフォーカスエラー信号、ディファレンシャル・プッシュプル法と同様なトラッキングエラー信号を出力することが可能なことは先に説明した通りである。実施例1においては、偏光回折格子14に対して所定の角度となるように直線偏光を入射させるために、0次光の信号光は図中右上がり斜線で示したP偏光であり、±1次光の信号光は左上がり斜線で示したS偏光であり、0次光と±1次光の偏光方向は互いに直交している状態である。
2層ディスクを再生する場合においては、先に説明したように、他層を反射した0次光からの戻り光54が光検出器面上に照射される。この戻り光54は、0次光の信号光に対して略同心円上にあり、その直径は受光領域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いものである。+1次信号光52に対して同じ受光領域71に照射される戻り光54は、光量としては同じ程度か数d分の一程度であるがほとんど同じ光路長のため、戻り光54と+1次信号光が同じ偏光状態の組合せの場合、記録面23と記録面24の面間隔変動を要因として+1次信号光と干渉を起こしてしまうこととなる。その場合、受光領域71から得られるトラッキングエラー信号に干渉による変動が発生することとなる。本発明による実施例1においては、この戻り光54の偏光方向はP偏光であり、+1次信号光52はS偏光である。そのため、戻り光54は受光領域71において、総光量をわずかに増加させるが、干渉による変動要因とはならないため、受光領域71及び受光領域72から出力可能なトラッキングエラー信号が干渉により変動することはない。
言い換えると、トラッキングエラー信号を生成する0次光と±1次光の偏光を互いに直交させ、その差信号によりトラッキング信号を生成するようにしているため、0次光と±1次光が互いに干渉することがなく、良好なトラッキングエラー信号を得ることが可能である。本発明の実施例1においては、2層ディスクに対応可能な光学系構成を採用しながら、BDとHD DVDの互換を実現可能である。
以上のように、実施例1によれば、往路での光ビームの偏光状態の切替と復路での光ビームの偏光状態の切替を1つの液晶素子にて兼用することができるため、部品点数を低減した構成で、2層ディスクに対応しかつBDとHD DVDの互換に対応した光学系を実現することが可能である。
次に、本発明の実施例2について、図13を用いて説明する。図13は実施例2における光学系の構成を示したものである。尚、実施例2における光ピックアップの部品配置は、先に説明した図1のものと共通の部分があるため、同じものに関しては同一番号を付与している。実施例2においては、半導体レーザ1の前に液晶素子201を配し、一方PBSプリズム3から光検出器16に至る光路上に別の液晶素子222を配し、これら2つの液晶素子の両方を液晶素子駆動回路のスイッチ221にて連動して駆動することを特徴としている。
2つの液晶素子201及び222による光ピックアップ上での光ビームの偏光状態は、先に実施例にて説明したのと同じになる。そのため、実施例1と同様にBD及びHD DVDの両方のディスクに対応し、かつ2層ディスクにおけるトラッキングエラー信号の変動を低減することが可能である。尚、液晶素子が往路と復路に1つづつある構成のため、実施例1と比較して液晶素子の実装での自由度は大きくすることができ、例えば、反射ミラー202を削除して、液晶素子からの光ビームを直接PBSプリズム4に入射させることも可能である。
さらに、実施例2によれば、往路での光ビームの偏光状態の切替用の液晶素子と復路での光ビームの偏光状態の切替用の液晶素子を共通の駆動回路にて操作することができるため、部品点数を低減した構成で、2層ディスクに対応しかつBDとHD DVDの互換に対応した光学系を実現することが可能である。
次に、本発明の実施例3について、図14及び図15を用いて説明する。図14及び図15は実施例3における光学系の構成を示したものであり、図14は第1の光ディスクとして例えばBDのディスクを再生する場合を示しており、図15は第2の光ディスクとして例えばHD DVDを再生する場合を示している。尚、実施例3における光ピックアップの部品配置は、先に説明した図1のものと共通の部分があるため、同じものに関しては同一番号を付与している。
実施例3においては、半導体レーザ1の前に2分の1波長板223を配し、この2分1波長板223を例えばソレノイドのような駆動機構により、2分の1波長板駆動回路スイッチ225操作により、図中点線枠にて示した2分の1波長板駆動機構224の範囲内で位置移動可能な構成としている。ここで、2分の1波長板駆動機構は、2分の1波長板駆動回路スイッチ225のオンオフ動作により、半導体レーザ1の前の位置とPBSプリズム3と光検出器16の間の位置を移動する構造になっている。
BDを再生する場合は、図14に示すように、半導体レーザ1を出射した光ビームは、2分の1波長板223によりP偏光がS偏光に変換される。実施例1にて説明したように、S偏光の光ビームはPBSプリズム3にて、第1の対物レンズ210の方に反射され、光ディスク210にて反射した後に再びPBSプリズム3に戻る。その際、光ビームの偏光状態はP偏光となっているため、PBSプリズム3を透過することとなる。ここで、図14においては、2分の1波長板223が半導体レーザ1の前に配置されているため、PBSプリズム3の後になく、2分の1波長板駆動機構224の位置を偏光状態がP偏光のままで光ビームが進行することとなる。その後、光ビームは2分の1波長板226にて偏光方向を90°回転させられ、S偏光にて検出レンズ12に入射する。検出レンズ12以降は、先に述べた実施例1と同様に光検出器16に至ることとなる。
一方、HD DVDを再生する場合においては、図15に示すように、半導体レーザ1の前の位置2分の1波長板223は、2分の1波長板駆動回路スイッチ225をオンにすることにより、PBSプリズム3と光検出器16の間の位置に移動している。そのため、半導体レーザ1を出射した光ビームは、P偏光のままでPBSプリズム3に到達し、そのままPBSプリズム3を透過する。その後、光ビームは実施例1にて示したように、対物レンズ216にて光ディスク218に集光され、反射した後に再びPBSプリズム3に戻る。その際、光ビームの偏光状態はS偏光となっているため、PBSプリズム3を反射することとなる。ここで、図15においては、2分の1波長板223がPBSプリズム3と半導体レーザ1の前に配置されているため、光ビームは一旦偏光状態が2分の1波長板223で90°回転され、更に2分の1波長板226にて偏光方向を90°回転させられるため、S偏光の状態にて検出レンズ12に入射する。検出レンズ12以降は、先に述べた実施例1と同様に光検出器16に至ることとなる。
このような構成とすることにより、往路での光ビームの偏光状態の切替と復路での光ビームの偏光状態の切替を1つの2分の1波長板にて兼用することができるため、光ピックアップの部品数を低減することが可能となる。
尚、本実施例3においては、2分の1波長板226により光ビームの偏光状態を一旦回転するようにしているが、この2分の1波長板226の機能は、2分の1波長板13に集約させることが可能であり、部品を削除することも可能である。また、2分の1波長板2223を移動するための駆動機構として、ソレノイドを例にあげたが、必ずしも駆動機構はソレノイドに限定するものではなく、外部からのスイッチ操作により2分の1波長板223が駆動できる構成であればかまわない。
次に、本発明の実施例4について、図16から図17を用いて説明する。図16は実施例4における偏光回折格子のパターンを示した図である。実施例4における光ピックアップの部品配置は、先に説明した図1のものと同じであり、光検出器内16の同一の受光面に関しては図7と同一番号を付与している。図16において、偏光回折格子25の表面の中央部分には、ディスク半径方向と直交する方向に帯状に偏光回折格子領域26が形成されており、その両側は格子溝がない領域27及び領域28となっている。ここで、偏光回折格子領域26は、S偏光のみを約100%回折させるものであり、P偏光は約100%透過するようになっている。また、偏光回折格子領域26の幅は、光ビーム50のプッシュプル成分が発生する領域にかからない幅に設定されている。このような偏光回折格子とすることにより、光ビーム50のP偏光成分は全領域で透過し、光ビーム50のS偏光成分は偏光回折格子領域26に入射する部分のみ回折され、格子溝がない領域27及び領域28の部分は透過することとなる。
次に光検出器の受光面パターンについて説明する。図17は、実施例4における光検出器16の受光面パターンを示したものである。光検出器16上には、3つの受光領域70、91、92が形成されており、受光領域70を中心に受光領域91と受光領域92は互いに対象な位置に配置されている。実施例4における光ピックアップの部品配置は、先に説明した図1のものと同じであり、光検出器内の同一の部品構成に関しては図7と同一番号を付与している。図17においては、偏光回折格子25にて回折された+1次光55及び−1次光53が照射される位置に、受光領域71及び受光領域72の代わりに、受光領域91と受光領域92が設けられている点が、図7と異なる点である。
受光領域70については、図7と同様のため説明を省略する。受光領域91は、2つの受光面93、94が上下に接するような構成となっている。各受光面からの出力は、受光面93は端子e、受光面94は端子fからそれぞれ出力される。受光領域92は、2つの受光面95、96が上下に接するような構成となっている。各受光面からの出力は、受光面95は端子g、受光面96は端子hからそれぞれ出力される。
ここで、実施例4においては、偏光回折格子25をそのまま透過した0次光の光ビーム51が光検出器16内の受光領域70の中心付近に照射されており、偏光回折格子25にて回折した+1次光の光ビーム55が受光領域91の中心付近に照射され、−1次光の光ビーム56が受光領域92の中心付近に照射されるように設定している。
尚、実施例4におけるフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号は、実施例1と同様な構成で生成可能である。そのため、実施例4にて説明したような偏光回折格子と光検出器の組合せ構成においても、実施例1と同様に復路での偏光切替によりBDとHD DVDの両方に対応した光学系構成を実現可能である。また、これ以外の構成においても、偏光回折格子にて0次光と±1次光の偏光状態を異なるようにし、かつ光検出器にてプッシュプル信号からオフセット成分を差し引く構成であれば、偏光回折格子のパターンや光検出器の受光面の形状は任意に設定可能であることはいうまでもない。
次に、実施例1から実施例4の光ピックアップを搭載した光ディスク装置について説明する。図18に本実施例における光ピックアップを搭載した光ディスク装置の概略ブロック図を示す。光ピックアップ220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、選択した対物レンズや点灯している半導体レーザの発振波長に対して最適なものであるかを比較することにより、例えば光ピックアップ220より検出されたフォーカスエラー信号振幅レベルが適切な場合は大きくなることを利用している。また、対物レンズを選択するために、液晶素子駆動回路230からの出力により、液晶素子駆動回路のスイッチ221を操作する。ディスク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220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220で検出された各種信号から光ディスク210、218あるいは2層ディスク22に適したフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成し、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220の検出信号から光ディスク210、218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210,218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エラー信号やトラッキングエラー信号に基づいて、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220内のアクチュエータ206を駆動し対物レンズ7あるいは対物レンズ216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220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210、218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220に搭載されている半導体レーザ1を光ディスク210、218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が可能である。
以上のように、上記の各実施例によれば、往路での光ビームの偏光状態の切替と復路での光ビームの偏光状態の切替を1つの液晶素子や、1つの液晶素子駆動信号、あるいは、1つの2分の1波長板にて兼用することができるため、光ピックアップの部品数を低減し、BDとHD DVDのような互換性のない複数種類の光ディスクに対応し、かつ2層ディスクにおけるトラッキング信号の変動を低減することが可能である。
尚、本発明は上記の各実施例の偏光方向に限定されず、BD側をP偏光とし、HD DVD側をS偏光とすることも可能であり、偏光状態を本構成に限定するものではない。
1…半導体レーザ、201、222…液晶素子、3…PBSプリズム、4、214…コリメータレンズ、205、215…4分の1波長板、7、216…対物レンズ、206…アクチュエータ、207…駆動コイル、208…マグネット、210、218…光ディスク、22…2層ディスク、12…検出レンズ、13、223、226…2分の1波長板、14、25…偏光回折格子、15…平板、16…光検出器、220…光ピックアップ、221…液晶素子駆動回路スイッチ、224…2分の1波長板駆動機構、225…2分の1波長板駆動機構スイッチ、51…0次信号光、52、55…+1次信号光、53、56…−1次信号光、54…0次光の他層からの戻り光、70、71、72、91、92…受光領域
Claims (5)
- 光ディスクに光を出射し、光ディスクからの反射光を受光する光ピックアップであって、
光ビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射する光ビームの偏光方向を回転制御することが可能な第1の偏光回転素子と、
前記レーザ光源から見て前記第1の偏光回転素子以降の位置に配され、入射する光ビームの偏光状態により光ビームを反射あるいは透過させる光分岐素子と、
前記光分岐素子にて反射した光ビームを第1の光ディスクに集光する第1の対物レンズと、
前記光分岐素子にて透過した光ビームを第2の光ディスクに集光する第2の対物レンズと、
前記第1及び第2の光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、
を備え、
前記第1及び第2の光ディスクからの反射光が前記光分岐素子を反射あるいは透過した以降の位置に、前記反射光の偏光方向を回転制御することが可能な第2の偏光回転素子が配されている、
光ピックアップ。 - 請求項1に記載の光ピックアップであって、
前記第1及び第2の偏光回転素子は、偏光回転素子を駆動する偏光回転素子駆動回路により、連動されることを特徴とする光ピックアップ。 - 請求項1または請求項2に記載の光ピックアップであって、
前記第1及び第2の偏光回転素子は、一体で構成されている1つの偏光回転素子である、
光ピックアップ。 - 光ディスクに光を出射し、光ディスクからの反射光を受光する光ピックアップであって、
光ビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射するの光ビームの偏光方向を回転制御することが可能な第1の偏光回転素子と、
前記レーザ光源から見て前記第1の偏光回転素子以降の位置に配され、入射する光ビームの偏光状態により光ビームを反射あるいは透過させる光分岐素子と、
前記光分岐素子にて反射した光ビームを第1の光ディスクに集光する第1の対物レンズと、
前記光分岐素子にて透過した光ビームを第2の光ディスクに集光する第2の対物レンズと、
前記第1及び第2の光ディスクからの反射光を受光する光検出器と、
を備え、
前記第1及び第2の光ディスクからの反射光が前記光分岐素子を反射あるいは透過した以降の位置に、前記第1の偏光回転素子を移動させ、かつ前記反射光の偏光方向を回転制御することが可能な構成である、
光ピックアップ。 - 請求項1乃至請求項4の何れか記載の光ピックアップと、
前記第1あるいは第2もしくは両方の偏光回転素子を駆動する偏光回転素子駆動回路と、を備え、
前記第1あるいは第2の光ディスクに対応して、前記偏光回転素子駆動回路を駆動する、
光ディスク装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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