(57)【要約】【課題】多層光ディスクの非再生層からの反射光と再生層からの反射光が干渉してできる明暗分布により生じるフォーカスオフセットを抑え、良好なフォーカスエラー信号が得られる光学ヘッドおよび、光ディスク装置を提供する。【解決手段】再生層と非再生層からの反射光の一部の偏光を直交させ、受光素子上で偏光の分布を持たせることにより干渉縞の発生を防ぐ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３層以上の複数の記録層を有する光ディスクに記録、あるいは再生を行う光情報装置において、
光源と、
前記光源からの光を前記光ディスクの所望の記録層に集光する対物レンズと、
前記光ディスクからの反射光に非点収差を与える非点収差発生素子と、
前記光ディスクからの反射光を受光し、信号検出を行う受光素子と、
前記光ディスクからの反射光のうち、記録あるいは再生を行っている記録層以外の層からの反射光を除去する迷光除去手段と、
を有し、
前記光ディスクからの反射光が、前記迷光除去手段を経て前記受光素子に入射するように構成されたことを特徴とする光情報装置。
【請求項２】
前記迷光除去手段は、複数の領域を持ち、互いに隣接する領域を透過した光の偏光方向を異ならしめる偏光変換素子と、
複数の領域を持ち、互いに隣接する領域を透過した光の偏光方向を選択する偏光選択素子とからなることを特徴とする請求項１記載の光情報装置。
【請求項３】
前記迷光除去手段は、前記光ディスクからの反射光が透過する中心付近で交わる分割線によって、４×ｎの領域を持ち、互いに隣接する領域の位相差が１／２λである偏光変換素子と、前記偏光変換素子と同じ４×ｎの領域からなり隣接する領域を透過する光の偏光方向を選択する偏光選択素子からなることを特徴とする請求項１または２に記載の光情報装置。
【請求項４】
前記偏光変換素子および前記偏光選択素子の分割線の一本である第１の分割線が、前記非点収差発生素子の母線と一致し、他の分割線の一本である第２の分割線が前記第１の分割線と直交していることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の光情報装置。
【請求項５】
前記偏光変換素子と前記非点収差発生素子とが一体であることを特徴とする請求項１〜４いずれかにに記載の光情報装置。
【請求項６】
前記偏光子選択素子と前記受光素子とが一体であることを特徴とする請求項１〜５いずれかにに記載の光情報装置。
【請求項７】
前記対物レンズのＮＡが０．８以上であることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記光源の波長が概ね４０５ｎｍであることを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載に記載の光情報装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８記載の光情報装置と、光ディスクを回転させるモータと、前記光情報装置で検出される信号に応じて前記モータおよび光学ヘッドを制御する制御回路を持つことを特徴とする光情報装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクまたは光カードなどの光媒体状に記憶される情報の記録・再生または消去に関するものである。
【０００２】
特に、複数の記録再生層を有する光ディスクに対して、正確な記録再生動作が可能な光学ヘッドおよび光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、光ディスクは多量の情報信号を高密度で記録することができるため、オーディオ、ビデオ、コンピュータ等の多くの分野において利用が進められている。そして、さらなる記録容量の増大が望まれ、現在までに様々な検討がなされており、その中には、記録層を多層に設ける方法がある。
【０００４】
しかし、このような多層光ディスクでは、再生を行う所望の記録層（以後、再生層）からの反射光と、再生層以外の記録層（以後、非再生層）からの反射光が受光素子上で干渉して明暗の分布を生じるという課題がある。しかもこの明暗分布は、再生層と非再生層の間の中間層の僅かな厚み変化により変化するため、光ディスク面内の中間層厚みばらつきにより、サーボ信号のオフセット変動等が引き起こされ、良好な再生信号を得る妨げとなっている。
【０００５】
以下、この課題を、図を用いて説明する。
【０００６】
図９は一般的な光ディスク装置の構成を示しており、５１は光源である半導体レーザ、５２はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッタ、５３はコリメータレンズ、５４は１／４波長板、５５は対物レンズ、５６は２層以上の記録層を有する多層光ディスク、５６ａは再生層、５６ｂは対物レンズ５５から見て再生層５６ａより手前の記録層（以後、手前層）、５６ｃは対物レンズ５５から見て再生層５６ａより奥の記録層（以後、奥層）、５８はシリンドリカルレンズ、５９は４分割受光素子である。
【０００７】
図１０はシリンドリカルレンズ５８、受光素子５９の配置を示した斜視図である。
【０００８】
６２はシリンドリカルレンズ５８の母線、６０および６１は受光素子５９の受光領域を分割する分割線、５９ａ〜５９ｄは受光領域、６５は光軸を示している。
【０００９】
図１０において、受光素子５９上の分割線６０は光ディスク５６の情報トラックと光学的に対応した方向に引かれており、分割線６１は分割線６０と直交している。また、シリンドリカルレンズ５８は母線６２が、分割線６０あるいは６１と、略４５の角度をなすように配置されている。
【００１０】
また、図示していないが、受光素子５９は、ＦＥ＝（５９ａ＋５９ｃ）−（５９ｂ＋５９ｄ）の演算によりフォーカスエラー信号、ＲＦ＝５９ａ＋５９ｂ＋５９ｃ＋５９ｄの演算により再生信号の検出を行う演算回路に接続されている。
【００１１】
また、図示および説明は省略するが、トラッキングエラー信号の検出は、光ディスク反射光の光路にホログラム素子等を挿入して分岐した光束を用いて行われる。
【００１２】
以上のように構成された光ディスク装置において、多層光ディスク５６の情報の再生を行う場合、半導体レーザ５１から出射された光は、偏光ビームスプリッタ５２、コリメータレンズ５３、１／４波長板５４、対物レンズ５５を経由して、多層光ディスク５６の所望の記録面に集光され、多層光ディスク５６で反射した光は、再び対物レンズ５５、１／４波長板５４を経由し、コリメータレンズ５３、偏光ビームスプリッタ５２に入射する。このとき、反射光の偏光は半導体レーザ５１からの出射光の偏光に対して９０度ずれているため、偏光ビームスプリッタ５２で反射し、シリンドリカルレンズ５８へ導かれ、非点収差を付与された後、４分割受光素子５９で受光され、受光された信号を演算することによりフォーカスエラー信号および再生信号が検出される。
【００１３】
このとき、受光素子５９上の受光領域には手前層５６ｂあるいは奥層５６ｃからの反射光も再生層５６ａからの反射光と同じ経路で入射するため、それぞれの光束は受光領域上で重なり、干渉による明暗分布が生じる。
【００１４】
図１１は再生層５６ａ、手前層５６ｂ、奥層５６ｃで反射した光が受光素子５９で受光されるときの光路を示した図である。図１１（ａ）は光軸６５とシリンドリカルレンズの母線６２を含む面内（以後、Ａ断面）、図１１（ｂ）は光軸６５を含みＡ断面と直交する面内（以後、Ｂ断面）での様子を示した説明図であり、図１０と同じ構成要素は同じ符号で示している。この図において、６６は再生層反射光、６７は手前層反射光、６８は奥層反射光を示している。
【００１５】
この図において、再生層反射光６６はシリンドリカルレンズ５８により非点収差を与えられるため、Ａ断面、Ｂ断面において異なる位置で集光する。このうち、シリンドリカルレンズ５８に近い焦線（以後、前焦線）はシリンドリカルレンズ５８から見て受光素子５９より手前側に、もう一方の焦線（以後、後焦線）は受光素子５９より奥側に形成される。
【００１６】
また、手前層反射光６７はＡ断面、Ｂ断面ともに、再生層反射光６６の後焦線よりも奥側で集光する光束となり、奥層反射光６８はＡ断面、Ｂ断面ともに、再生層反射光６６の前焦線よりも手前側で集光する光束となる。
【００１７】
これは再生層反射光６６の前焦線と後焦線の間で集光するような非再生層反射光束があると、正確なフォーカスエラー信号が得られないので、通常はこれを避けるような設計を行うためであり、このとき、再生層反射光の焦線位置はどちらも、非再生層反射光の集光位置より受光面に近くなる。
【００１８】
図１２は受光素子５９上の干渉縞の模様を模式的に示した説明図であり、図１０と同じ構成要素は同じ符号で示している。この図において斜線部は干渉縞であり、受光スポットの他の部分より明るいことを示している。
【００１９】
ここでＲＦ信号の検出は、ＲＦ＝（５９ａ＋５９ｂ＋５９ｃ＋５９ｄ）、また、フォーカスエラー信号の検出は、ＦＥ＝（５９ａ＋５９ｃ）−（５９ｂ＋５９ｄ）の演算で行われる。
【００２０】
この干渉縞は再生層反射光６６と、手前層反射光６７あるいは奥層反射光６８との位相差の分布により移動する。このとき、ぼけて広がった光である非再生層反射光は位相分布がほぼ一様であるため、この位相がπ／２ずれると干渉による明暗分布が逆転し、ＲＦ信号の信号光量が変動するとともにフォーカスオフセット変動を生じることになる。
【００２１】
この明暗分布逆転の条件である位相差π／２のずれは、再生層と非再生層の間の往復光路内に存在する光波の数が１／２個分ずれると生じるので、例えば、光源波長０．４μm、再生層と非再生層の間の中間層の屈折率が１．６とすると、僅か０．０６２５μmの層間隔ばらつきで明暗が反転することになる。
【００２２】
これは光ディスクの面内ばらつきとしては十分起こりうる値であるため、光ディスクを回転させると、光ディスク面内の層間隔ばらつきにより干渉縞が変化してＲＦ信号とフォーカスオフセットが変動するために、著しくサーボが不安定になる。また、この明暗分布の変動は、受光領域５９ａ〜５９ｄで受光される信号の、和信号である再生信号にも直接悪影響を与えるため、良好な再生信号を得ることができなくなる。
【００２３】
この現象は、ＮＡ０．８以上の対物レンズや波長４０５ｎｍ付近の光源を用いて記録の高密度化を達成した光学ヘッドにおいては、特に顕著な課題となる。
【００２４】
このような課題を解決する手法として、例えば、特許文献１に提案された方法がある。
【００２５】
この方法は、光ディスクからの反射光を、複数の領域を持ち、かつ、領域ごとに回折する光の位相が異なるホログラム素子を用いて分岐し、受光素子上の所定の受光領域に導くとともに、受光素子上で複数の位相の光が重なるように構成したものであり、異なる位相の多重化により干渉の均一化を図っている。
【００２６】
また、特許文献２に提案された方法もある。
【００２７】
この方法は、光ディスクからの反射光を、複数の領域を持ち、かつ、領域ごとに位相差を変えることにより、再生層からの反射光と非再生層からの反射光の受光素子上での偏光を直交にすることで干渉を抑制する。
【特許文献１】特開２００１−２７７１０号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０４３６６３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかしながら特許文献１に示される光学ヘッド構成は、ホログラム素子の回折光同士の干渉による影響を緩和して、フォーカスエラー信号のうねりを平均化するものであり、フォーカスエラー信号に加えてトラッキングエラー信号および再生信号の検出も考えた場合、それら全ての信号をホログラム回折光で検出するのは一般的に効率が悪い。
【００２９】
例えば、一般的なホログラム素子の±１次回折の回折効率が最大各３０％程度だとすると、ホログラム素子に入射する光の６０％程度しか信号検出に使えないことになる。
【００３０】
また、特許文献２に示される光ヘッド構成では、多層光ディスク再生時の非再生層反射光との干渉による影響は抑制できるが、非再生層反射光自体は受光部に入射するため、層間が狭くなると、各記録層のＦＥ信号の重なりやＲＦ信号の変調度の低下によるノイズの増大等悪影響を及ぼす。
【００３１】
本発明では、ホログラム素子透過光に対しても適用できる、信号の検出光量の確保に有利な方法であり、かつ、多層光ディスク再生時の非再生層反射光を除去する光ディスク装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
３層以上の複数の記録層を有する光ディスクに記録、あるいは再生を行う光情報装置において、光源と、前記光源からの光を前記光ディスクの所望の記録層に集光する対物レンズと、前記光ディスクからの反射光に非点収差を与える非点収差発生素子と、前記光ディスクからの反射光を受光し、信号検出を行う受光素子と、前記光ディスクからの反射光のうち、記録あるいは再生を行っている記録層以外の層からの反射光を除去する迷光除去手段とを有し、前記光ディスクからの反射光が、前記迷光除去手段を経て前記受光素子に入射するように構成する。
【００３３】
さらに、前記迷光除去手段は、複数の領域を持ち、互いに隣接する領域を透過した光の偏光方向を異ならしめる偏光変換素子と、複数の領域を持ち、互いに隣接する領域を透過した光の偏光方向を選択する偏光選択素子とからなる。
【００３４】
さらに、前記迷光除去手段は、前記光ディスクからの反射光が透過する中心付近で交わる分割線によって、４×ｎの領域を持ち、互いに隣接する領域の位相差が１／２λである偏光変換素子と、前記偏光変換素子と同じ４×ｎ（ｎは１以上の整数）の領域からなり隣接する領域を透過する光の偏光方向を選択する偏光選択素子からなる。
【００３５】
さらに前記偏光変換素子および前記偏光選択素子の分割線の一本である第１の分割線が、前記非点収差発生素子の母線と一致し、他の分割線の一本である第２の分割線が前記第１の分割線と直交している。
【００３６】
また、前記偏光変換素子と前記非点収差発生素子とが一体であることが望ましい。
【００３７】
また、前記偏光子選択素子と前記受光素子とが一体であることが望ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の光ディスク装置によれば、多層光ディスクに対して記録再生を行う際に、再生層のフォーカスエラー信号および再生信号に、非再生層の反射光が混入し干渉することにより生じるオフセットを除去するようにした、極めて良好な光ヘッド装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における光ディスク装置を示した構成図である。
【００４１】
図１において、１は光源である半導体レーザ、２は偏光ビームスプリッタ、３はコリメータレンズ、４は１／４波長板、５は対物レンズ、６は２層以上の記録層を有する多層光ディスク、６ａは再生層、６ｂは手前層、６ｃは奥層、７は透過する光の偏光が回転するように構成された偏光変換素子、８はシリンドリカルレンズ、９は４分割受光素子、１０は偏光選択素子である。
【００４２】
図２は偏光変換素子７、シリンドリカルレンズ８、受光素子９、偏光選択素子１０の配置を示した斜視図である。１２はシリンドリカルレンズ８の母線、１５は光軸を示している。
【００４３】
図３は本実施の形態の偏光変換素子７を示した構成図である。
【００４４】
７ａ〜７ｄは１／２波長板として機能する偏光回転領域、１６ａは６ａの再生層で反射した光の入射光束、１６ｂは６ｂの手前層で反射した光の入射光束、１６ｃは６ｃの奥層で反射した光の入射光束を示している。ここで領域７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの光学軸は隣接する領域で互いに４５°ずれるように構成されている。例えば、７ａの光学軸が水平の場合、７ｂの光学軸は±４５°、７ｃの光学軸は水平または垂直、７ｄの光学軸は±４５°というように構成されている。本実施例では、７ｂ、７ｄが１／２λ板作用を持つように構成する。
【００４５】
図４は本実施の形態の偏光選択素子１０を示した構成図である。
【００４６】
１０ａ〜１０ｄは特定の偏光成分のみを透過する偏光子として機能する領域、１６ａは６ａの再生層反射した光の入射光束、１６ｂは６ｂの手前層で反射した光の入射光束、１６ｃは６ｃの奥層で反射した光の入射光束を示している。ここで領域１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで透過する偏光成分は隣接する領域で互いに直交するように構成されている。例えば、１０ａで透過する偏光方向が図４の偏光方向Ｙの場合、１０ｂで透過する偏光成分は偏光方向Ｘ、１０ｃで透過する偏光成分は偏光方向Ｙ、１０ｄで透過する偏光成分は偏光方向Ｘというように構成されている。
【００４７】
図６は受光素子９の光ディスク６からの反射した光の受光状態を表した模式図である。
【００４８】
図６において、受光素子９上の分割線１３は光ディスク６の情報トラックと光学的に対応した方向に引かれており、分割線１４は分割線１３と直交している。また、シリンドリカルレンズ８は母線１２が分割線１３あるいは１４と、略４５の角度をなすように配置されており、偏光変換素子７上の境界線１７とシリンドリカルレンズ８の母線１２の方向は一致するように構成されている。１６ａは光ディスク６ａの再生層反射した光の入射光束、１６ｂ、１６ｃは変更変換素子７および偏光選択素子１０がない場合の光ディスク６ｂの手前層、６ｃの奥層で反射した光の入射光束を示している。
【００４９】
また図示していないが、受光素子９は、ＦＥ＝（９ａ＋９ｃ）−（９ｂ＋９ｄ）の演算によりフォーカスエラー信号、ＲＦ＝９ａ＋９ｂ＋９ｃ＋９ｄの演算により再生信号の検出を行う演算回路に接続されている。
【００５０】
また、図示および説明は省略するが、トラッキングエラー信号の検出は、光ディスク反射光の光路にホログラム素子等を挿入して分岐した光束を用いて行われる。
【００５１】
以上のように構成された光ディスク装置において、多層光ディスク６の情報の再生を行う場合、半導体レーザ１から出射された光は、偏光ビームスプリッタ２、コリメータレンズ３、１／４波長板４、対物レンズ５を経由して、多層光ディスク６の所望の記録面に集光され、多層光ディスク６で反射した光は、再び対物レンズ５、１／４波長板４、コリメータレンズ３、を経由し、偏光ビームスプリッタ２に入射し、このとき、反射光の偏光は半導体レーザ１からの出射光の偏光に対して９０度ずれているため、偏光ビームスプリッタ２で反射し、偏光変換素子７に入射する。
【００５２】
図２、図３に示すように、このときの偏光変換素子７への入射光の偏光方向をＸ方向とすると、領域７ａ、７ｃを透過する光の偏光方向は変わらないが、領域７ｂ、７ｄを透過する光の偏光は９０度回転してＹ方向となる。
【００５３】
偏光変換素子７により、光束の一部の偏光が回転した光は、シリンドリカルレンズ８で非点収差を付与された後、偏光選択素子１０に入射する。
【００５４】
図２、図４に示すように、偏光選択素子１０は光ディスク６の再生層６ａからの反射光のシリンドリカルレンズ８の透過後の焦線間（受光素子９の近傍）に配置されている。また、１０ａ、１０ｃは偏光方向Ｙを透過する偏光子の機能を、１０ｂ、１０ｄは偏光方向Ｘを透過する偏光子の機能を有する。また偏光選択素子１０上の境界線２０は、偏光変換素子７上の境界線１７と一致する。このような構成により、再生層６ａで反射した光束１６ａはシリンドリカルレンズ８の作用で母線１２に対し反転した像になるため、光束１５は全て偏光変換素子１０を透過し、受光素子９に入射する。
【００５５】
そして、受光素子９に導かれ、受光された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、および和信号から再生信号が検出される。
【００５６】
このとき前述した従来の光ディスク装置では、手前層６ｂ、奥層６ｃからの反射光も再生層６ａからの反射光と同じ経路で受光素子９に入射するため、それぞれの光束は受光領域上に入射する。
【００５７】
一方、本発明の実施の形態１における光ディスク装置は、前述の偏光変換素子７により、手前層６ｂ、奥層６ｃからの反射光１６ｂ、１６ｃは、再生層の反射光１６ａと同様に偏光変換素子７で光束の一部の偏光が回転する。次に偏光変換素子７と透過した光は、偏光選択素子１０に入射する時点では再生層６ａからの反射光束１６ａのように、母線１２に対し像が反転しないため、偏光選択素子１０上の領域１０ａ、１０ｃでは偏光方向Ｘ、領域１０ｂ、１０ｄでは偏光方向Ｙで入射する。偏光選択素子１０の領域１０ａ，１０ｃは偏光方向Ｙを、領域１０ｂ、１０ｄは偏光方向Ｘを透過する特性を有するため、光束１６ｂ、１６ｃは偏光選択素子１０を透過せず、受光素子９への入射を除去することができる。
【００５８】
したがって、再生層からの反射光以外は受光部に入射干渉する領域が減少するため、ＲＦ信号の光量およびフォーカスエラー信号のオフセットの発生および変動を低減した良好な信号が得られる。
【００５９】
また、偏光変換素子の境界線の一つとシリンドリカルレンズの母線の方向を一致させるために、図８のようにシリンドリカルレンズと偏光変換素子を一体に形成すると精度が向上するので好ましい。
【００６０】
また、偏光選択素子は受光素子近傍に配置するため、受光素子のカバーガラスに偏光選択素子を作成すると部品点数の削減による低コスト化と小型化が実現できる。
【００６１】
また、手前層６ｂ、奥層６ｃの反射光束１６ｂ、１６ｃの、偏光変換素子の境界線での回折光が、偏光選択素子を透過し、受光部に入射し、再生層の反射光１６ａと干渉することがあるが、偏光変換素子の各領域に段差を設け、１６ａとの位相をπずらすようにすれば、干渉の影響は抑制できる。
【００６２】
また、本実施例の偏光変換素子および偏光選択素子は４分割に領域を分割しているが、８分割や１２分割のように４×ｎ分割（ｎは整数）にしても同様の効果が得られる。
【００６３】
以上のように、本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、再生層以外の記録層からの反射光が受光素子に混入しないため、干渉の発生を低減できる。したがって、光量変動の少ないＲＦ信号より良好な再生信号と、オフセット変動の少ないフォーカスエラー信号により安定したサーボ動作が可能な光ディスク装置を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明にかかる光学ヘッドは、多層光ディスクの再生を行う際に、非再生層からの反射光が再生層反射光と干渉するのを防ぎ、フォーカスエラー信号および再生信号に変動成分を有するオフセットが発生するのを防ぐことができる。
【００６５】
これにより、多層光ディスクの層間隔が狭くても安定したサーボ動作が可能で、良好な再生信号の得られる光ディスク装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を示した構成図
【図２】実施の形態の迷光除去手段の構成を示した斜視図
【図３】実施の形態の偏光変換素子の構成を示した説明図
【図４】実施の形態の偏光選択素子の構成を示した説明図
【図５】実施の形態の偏光選択素子上のスポット配置を示した説明図
【図６】実施の形態の受光素子上のスポットの配置を示した説明図
【図７】実施の形態の偏光選択素子上のスポット配置を示した説明図
【図８】実施の形態の偏光変換素子の構成を示した説明図
【図９】従来の光情報装置の構成を示した構成図
【図１０】従来の光情報装置の検出系の配置を示した斜視図
【図１１】従来の光情報装置の光ディスクからの反射光の光路を示した説明図
【図１２】従来の光情報装置の受光部上の様子を示した説明図
【符号の説明】
【００６７】
１    半導体レーザ
２    偏光ビームスプリッタ
３    コリメータレンズ
４    １／４波長板
５    対物レンズ
６    多層光ディスク
６ａ    再生層
６ｂ，６ｃ    手前層
７    偏光変換素子
８    シリンドリカルレンズ
９    受光素子
９ａ〜９ｄ    受光領域
１０    偏光選択素子
１１    境界線
１２    シリンドリカルレンズの母線
１３    分割線
１４    分割線
１５    光軸
１６ａ    再生層反射光
１６ｂ，１６ｃ    手前層反射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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