(57)【要約】【課題】信号増幅効果があり、干渉計の光路長差の調整が容易で、光学系の小型化に適した、干渉型の光ヘッドを提供する。【解決手段】光ディスク１０８に照射せずに参照光として用いる光を、光ディスクからの反射光と干渉させて信号増幅する際に、参照光の光路長、偏光、光軸の調整をそれぞれコーナーキューブ１１２、偏光補償素子１２３、ビームディスプレイサー１２２を用いて行うことにより、全体のサイズを従来と同等に保ちながら、安定して増幅効果を得る。【選択図】図１
2008269680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射した光を第１の光束と第２の光束に分割する第１の光分割手段と、
前記第１の光束を光ディスク上に収束して照射する対物レンズと、
前記対物レンズを前記第１の光束の光軸方向に駆動する第１のアクチュエータと、
前記第２の光束を反射面の境界線に重ならないようにして反射するコーナーキューブと、
前記コーナーキューブを前記第２の光束の光軸方向に駆動する第２のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータと第２のアクチュエータを同期させる手段と、
光ディスクから反射され再び前記対物レンズを通過した前記第１の光束と前記コーナーキューブによって反射された前記第２の光束を互いに偏光が直交した状態で同軸に結合する結合光学系と、
前記結合光学系の出射光から３本以上の光束を生成すると共に、生成したそれぞれの光束に含まれる前記第１の光束と第２の光束の間の位相差を相互に異ならしめる第２の光分割手段と、
前記第２の光分割手段から生成された前記３本以上の光束をそれぞれ検出する検出素子と、
各検出素子の出力を演算して再生信号を発生する演算回路と
を有することを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
請求項１記載の光ヘッドにおいて、前記第１の光分割手段は偏光プリズムであり、前記結合光学系は、前記コーナーキューブの反射面での反射によって生じる偏光擾乱を補償しつつ当該コーナーキューブへの入射光の偏光方向に対して出射光の偏光方向を９０゜回転させる偏光補償素子、及び前記コーナーキューブへの入射光と出射光の光軸を一致させる光学素子を含むことを特徴とする光ヘッド。
【請求項３】
請求項２記載の光ヘッドにおいて、前記光学素子は前記第１の光分割手段と前記偏光補償素子の間に配置されたビームディスプレイサーであることを特徴とする光ヘッド。
【請求項４】
請求項２記載の光ヘッドにおいて、前記光学素子は前記第１の光分割手段と前記偏光補償素子の間に配置された偏光プリズムであることを特徴とする光ヘッド。
【請求項５】
請求項２記載の光ヘッドにおいて、前記光学素子は前記コーナーキューブからの出射光を元の光路に反射して戻す全反射ミラーであることを特徴とする光ヘッド。
【請求項６】
請求項２記載の光ヘッドにおいて、前記光学素子は前記光ディスクから反射され再び前記対物レンズを通過した前記第１の光束の光路上に配置された偏光プリズムであることを特徴とする光ヘッド。
【請求項７】
請求項１記載の光ヘッドにおいて、前記第１の光分割手段は偏光プリズムであり、前記結合光学系は、前記コーナーキューブの反射面での反射によって生じる偏光擾乱を補償する偏光補償素子、光ディスクから反射され前記偏光プリズムを透過した前記第１の光束の偏光方向を９０゜回転させる偏光回転素子、及び前記偏光回転素子を通った第１の光束と前記コーナーキューブから反射された前記第２の光束の交点に配置された偏光プリズムを含むことを特徴とする光ヘッド。
【請求項８】
請求項１記載の光ヘッドにおいて、光ディスクから反射され再び前記対物レンズを通過した前記第１の光束から焦点ずれ信号を発生する手段を有し、前記焦点ずれ信号によって前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータを同時に駆動することを特徴とする光ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク装置の再生信号の高Ｓ／Ｎ化に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクは、青色半導体レーザと、高ＮＡ対物レンズを用いるブルーレイディスクの製品化に至って、光学系の分解能としてはほぼ限界に達し、さらなる大容量化に向けては、今後、記録層の多層化が有力となると考えられる。このような多層光ディスクにおいては各記録層からの検出光量がほぼ同等となる必要性から、特定の記録層からの反射率は小さくせざるを得ない。ところが光ディスクは大容量化とともにビデオなどのダビング速度の高速化の必要性から、データ転送速度の高速化も続いており、そのままでは再生信号のＳ／Ｎ比が十分確保できなくなりつつある。したがって今後の記録層の多層化と高速化を同時に進めていくためには、検出信号の高Ｓ／Ｎ化が必須となる。
【０００３】
光ディスクの再生信号の高Ｓ／Ｎ化に関する技術は、たとえば特許文献１、特許文献２、特許文献３などに述べられている。特許文献１、特許文献２は光磁気ディスクの再生信号の高Ｓ／Ｎ化に関して、半導体レーザからの光を光ディスクに照射する前に分岐して、光ディスクに照射しない光を、光ディスクからの反射光と合波して干渉させることにより、微弱な信号の振幅を、光ディスクに照射しない光の光量を大きくすることによって増幅することを狙ったものである。光磁気ディスクの信号検出で従来用いられている偏光ビームスプリッタの透過光と反射光の差動検出では、本質的にはもとの入射偏光成分と光磁気ディスクによる偏光回転によって生じる入射偏光方向と直交する偏光成分を干渉させて、入射偏光で直交偏光成分を増幅して検出を行なうことになっている。したがって、もとの入射偏光成分を増大させれば信号を増大させることができるが、光ディスクに入射させる光強度は、データを消去したり上書きしたりしないようにするために、ある程度以下に抑える必要がある。これに対して上記従来の技術では、予め信号光と干渉させる光を分離しておいて、これをディスクに集光せずに信号光と干渉させ、信号増幅のため干渉させる光の強度を、ディスク表面の光強度と関係なく強くできるようにしているのである。これにより原理的には光強度の許す範囲で、強度を強くすればするほど、光検出器からの光電流を電圧変換するアンプのノイズに比べたＳ／Ｎ比を高めることができる。特許文献３ではフォトクロミック媒体を用いた光ディスクの再生信号の高Ｓ／Ｎ化に関し、特許文献１、特許文献２と同様に、光ディスクに照射しない光を、光ディスクからの反射光と干渉させることによって信号増幅を狙っている。フォトクロミック媒体を用いた光ディスクについても、信号再生のため入射光強度が高い程媒体の劣化を早めるため、上記光磁気ディスクと同様に記録媒体に照射する光の強度に制限を伴う。
【０００４】
特許文献１では、２つの光を干渉させて干渉強度を検出している。この際、干渉させるディスク反射光の光路長を可変とし、干渉信号振幅の確保を狙っている。特許文献２、特許文献３では干渉強度検出に加えて、差動検出も行っている。これにより信号に寄与しない各光の強度成分をキャンセルし、これらの光の持つノイズ成分をキャンセルして高Ｓ／Ｎ化を図っている。これらの場合の差動検出には、無偏光のビームスプリッタを用いている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４２６７８号公報
【特許文献２】特開平６−２２３４３３号公報
【特許文献３】特開平６−０６８４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術において、２つの光の干渉により正しく増幅効果を得るためには、干渉させる二つの光の光路長差は光のコヒーレンス長以内である必要がある。現在の光ディスクの面ぶれにより発生する光路長差の変動である約１ｍｍに比べて、現在の光ディスク装置に使用されるレーザーダイオードのコヒーレンス長は一般に短いため、上記の要請から、光ディスクの面ぶれに追従して信号光と干渉させる光の光路長を制御する必要がある。この制御方法について上記従来技術では特に考慮されていないが、決して自明なことではない。例えば特許文献１では光路中に挿入された三角プリズムを動かすことにより光路長調整を行うとしているが、これを例えばボイスコイルモータなどのアクチュエータで行うと、駆動時の揺れによって光軸方向が変化し、これにより信号光との干渉度が著しく低下し、正しく増幅された信号を得ることができなくなってしまう。このような揺れを抑えたアクチュエータとしてピエゾ素子を利用するものが考えられるが、上記光ディスクの面ぶれの大きさと速度に見合う性能を出すものとしては、大きさの観点から光ヘッドに組み込むには適さない。さらに、参照光の光学系が加わることにより、光ヘッドが従来に比べて大型になることが懸念される。
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、信号増幅効果があり、干渉計の光路長差の調整が容易で、光学系の小型化に適した、干渉型の光ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光ヘッドは基本的に、半導体レーザなどの光源と、この光源からの光を第１と第２の光束に分割する偏光プリズムなどの第１の光分割手段と、第１の光束を光ディスク上に収束して照射する対物レンズと、光ディスクから反射した信号光と参照光として用いられる第２の光束を同軸ならしめる、ビームディスプレイサーなどの光学系と、信号光と参照光との干渉により生じた光束を３つ以上に分割するとともに、分割されたそれぞれの光に含まれる信号光と参照光の位相関係を互いに異ならしめる第２の光分割手段と、分割された光を検出する複数の検出器と、から構成される。
【０００９】
さらに第２の光束の光路中にコーナーキューブを挿入する。コーナーキューブは互いに直交する３つの反射面からなる光学素子であり、入射光の方向によらずに常に反射光が入射光と同じ方向で戻ってくるという性質がある。ガラス等の媒質を切り出して立方体の一部を構成することにより反射面を構成するものを特にコーナーキューブプリズムと呼ぶ。信号光と参照光を干渉させるときに参照光が傾くと、干渉によって生じる干渉縞が多数発生して干渉強度が平均化されて低下する。ところがコーナーキューブは上記の性質からコーナーキューブが傾いても反射光が傾かないので、このような干渉強度の低下を防ぐことができる。ここで、コーナーキューブ内部での反射において、反射面の境界線上に光束が重ならないように光を入射する。なぜなら境界線上に光束が重なると、面取り領域や微細なチッピングの影響により散乱光が発生し、反射光強度が低下するからである。このとき、コーナーキューブからの反射光は入射光に対して位置ずれを伴って出射するが、上記ビームディスプレイサーなどの光学系によりこの位置ずれの影響を相殺し、参照光路の導入による光学系全体のサイズ増大の影響を最小限に抑えながら、参照光と信号光とを同軸ならしめる。
【００１０】
またさらに、参照光の光路のうち、コーナーキューブに入射する前後あるいはどちらか一方に偏光補償素子を挿入する。一般に、コーナーキューブでは、各反射面で発生するｐ偏光とｓ偏光の間の位相差や反射率差によって、出力偏光が乱れる性質がある。偏光補償素子は、この擾乱の効果を打ち消し、参照光を所望の偏光状態にすることができる。これにより、偏光の乱れによる干渉度の低下を避けることができる。なお、偏光補償素子は参照光だけでなく信号光の光路に同時に挿入されていてもよく、結果的に信号光と参照光が干渉するのに適切な偏光になっていればよい。
【００１１】
またさらに、光ディスク上の信号光の焦点ずれを信号として検出する手段を有し、焦点ずれ信号によって第１の光束を収束して照射する対物レンズを制御して焦点ずれを補償するとともに、コーナーキューブを参照光の光軸方向に移動させ、焦点ずれ信号によって信号光と参照光の光路長差が光源の可干渉距離（コヒーレンス長）以内にあるように調整する。これにより焦点制御により対物レンズが光軸方向に駆動され、第１の分割手段から光記録媒体までの光路長が光源のコヒーレンス長以上に変化する場合にも、信号光と参照光の干渉性を維持して、信号増幅効果を維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、２つの光の光路長差の自動調整が可能で、従来の光ヘッドと同等のサイズで作製可能な、信号増幅効果のある干渉型の光ヘッドおよび光ディスク装置を提供することができる。これにより記録層数が複数存在する多層光ディスクなど、信号光強度を従来よりも低くせざるを得ない場合や、信号再生速度が従来に比べて高速化することによりノイズが増大する場合などに、信号増幅によって再生信号品質を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
［実施形態１］
図１は、本発明による光ヘッドの基本的な実施形態を示す概略図である。半導体レーザ１０１からの光をコリメートレンズ１０２によって平行光として、λ／２板１０３を透過させて偏光プリズム１０４に入射させる。偏光プリズム１０４は分離面に入射するｐ偏光をほぼ１００％透過し、ｓ偏光をほぼ１００％反射させる機能を有している。このときλ／２板の光軸周りの回転角度を調整することにより、一部の光をｓ偏光として偏光プリズム１０４を反射させ、一部の光をｐ偏光として透過させるようにすることができる。反射する光はλ／４板１０５を透過して円偏光に変換され、２次元アクチュエータ１０６に搭載された対物レンズ１０７により、光ディスク１０８上の記録層に集光される。光ディスクからの反射光は同じ光路を戻り、対物レンズ１０７によって平行光とされ、λ／４板１０５により最初に入射したときとは９０°偏光方向が回転した直線偏光となって偏光プリズム１０４に入射する。すると偏光が回転しているため、この光ディスク１０８からの反射光はｐ偏光となって偏光プリズム１０４を透過し、偏光プリズム１１３に入射する。
【００１５】
一方、半導体レーザ１０１からの光のうち、偏光プリズム１０４を透過したｐ偏光の光はビームディスプレイサー１２２を透過する。その後コーナーキューブプリズム１１２の偏光擾乱を補償する偏光補償素子１２３を透過し、光軸方向に可動する１次元アクチュエータ１１１に搭載されたコーナーキューブプリズム１１２に入射する。ここで、光は反射面間の境界線の影響を避けるためにコーナーキューブプリズム１１２の中心からずれた位置に入射するため、反射光は入射光と、コーナーキューブプリズムの中心に関して対称な位置から、入射光と平行でかつ逆方向に出射する。この反射光は再び偏光補償素子１２３を透過する。このとき、光の偏光は入射光に比べて９０度回転してｓ偏光になる。この反射光はビームディスプレイサーを再び透過する。すると偏光が回転しているために、透過後に位置ずれが発生し、これがコーナーキューブプリズムの位置ずれを相殺し、結果的に偏光プリズム１０４を透過した直後の光と同軸に光が戻る。このためこの光は再び偏光プリズム１０４に入射し、ｓ偏光になっているために偏光プリズム１０４において反射し、光ディスク１０８からの反射光と重なり合って偏光プリズム１１３に入射する。ただし光ディスク１０８からの反射光とコーナーキューブプリズム１１２からの反射光は互いに直交する直線偏光となっている。
【００１６】
偏光プリズム１１３は偏光プリズム１０４と異なり、ｐ偏光の一部を透過させ、ｓ偏光をほぼ１００％反射させる機能を有する。これによりコーナーキューブプリズム１１２からの反射光はほぼ１００％反射され、光ディスクからの反射光は、一部が偏光プリズム１１３を透過し、一部が反射される。反射された光は偏光位相変換分離素子１１４に入射し、光ディスク１０８からの反射光とコーナーキューブプリズム１１２からの反射光を重ねたまま、２つの光の干渉の位相差が異なる４つの光に分割されて、集光レンズ１１５により、４分割光検出器１１６上に設けられた４つの受光部でそれぞれ別々に検出される。図では簡略化して２本の集光光束に分離集光されているように示しているが、実際は４本の集光光束となる。検出された信号からＲＦ信号演算回路１２０により、再生ＲＦ信号（ＲＦＳ）を出力する。
【００１７】
一方、偏光プリズム１１３を透過した光ディスク１０８からの反射光は、集光レンズ１１７、シリンドリカルレンズ１１８により非点収差を与えられて４分割光検出器１１９に集光され、その出力信号からサーボ信号演算回路１２１により焦点ずれ信号（ＦＥＳ）とトラッキング誤差信号（ＴＥＳ）を出力する。焦点ずれ信号は、対物レンズ１０７を搭載した２次元アクチュエータ１０６のフォーカス駆動端子にフィードバックされ、焦点位置が閉ループ制御される。さらに同じ信号が、コーナーキューブプリズム１１２を搭載した１次元アクチュエータ１１１にもフィードバックされ、対物レンズ１０７と連動してコーナーキューブプリズム１１２も駆動される。これにより光ディスク１０８を反射した信号光と、コーナーキューブプリズム１１２を反射した参照光との光路長差をほぼ０に保つことができる。通常の半導体レーザのコヒーレンス長は数１０μｍであるため、光路長差の調整精度はこの範囲以下になっていればよい。トラッキング誤差信号は、対物レンズ１０７を搭載した２次元アクチュエータのトラッキング駆動端子にフィードバックされ、閉ループ制御される。
【００１８】
図２は、偏光位相変換分離素子１１４の構造と機能を説明する図である。偏光位相変換分離素子１１４は無偏光回折格子２０３と、角度選択性偏光変換素子２０４と、偏光分離回折格子２０５からなる。図１ではこれらを一体化された状態で図示したが、ここでは説明の便宜上分離して示している。機能としては一体化されていても、分離されていても変わりはない。
【００１９】
信号光偏光方向２０１と参照光偏光方向２０２が直交するように信号光と参照光が無偏光回折格子２０３に入射すると、偏光方向を問わずに２つの光はともに２つの異なる進行方向の光にそれぞれ分離する。これは無偏光回折格子２０３をブレーズ化することにより容易に実現可能である。一方は直進する０次光、他方は所定の回折角で回折する１次回折光である。次に、これらの光は角度選択性偏光変換素子２０４に入射する。ここで、直進する０次光には何ら位相差を生じないが、傾いて入射した１次回折光については信号光と参照光の間に９０度の位相差が発生する。そのためには、光学軸２０６が角度選択性偏光変換素子の入射面に対して垂直な一軸異方性を持っており、無偏光回折格子の回折光の回折方向が信号光偏光方向２０１あるいは参照光偏光方向２０２と一致していればよい。このとき角度選択性偏光変換素子２０４の厚さ、屈折率異方性量（垂直方向屈折率と面内屈折率の差）と１次回折光の入射角により、１次回折光の信号光成分、参照光成分の間の位相差を一意的に決めることができるのである。
【００２０】
さらに、角度選択性偏光変換素子２０４の出射光を、偏光分離回折格子２０５に入射させる。偏光分離回折格子は、たとえば日本登録特許公報第３８３２２４３号に記載の素子を用いることができる。これは液晶や、ニオブ酸リチウム、水晶などの異方性材料によりブレーズ格子を形成することにより容易に実現できる。すなわち偏光方向により屈折率が異なる材質であるため、ある偏光方向とそれと直交する偏光方向とで格子によって加わる位相分布が逆転するように配置すればよいのである。これにより、１次回折光と−１次回折光が直交する偏光方向となるようにすることができる。あるいは、ウォラストンプリズムのような異方性光学結晶を張り合わせて作られる素子で代用してもよい。本実施形態で分離する偏光の方向は、信号光と参照光に対して４５度の方向と、それに垂直な方向である。以上のようにして分離された４つの光における、信号光成分と参照光成分の干渉の位相差は、図中に示したように０°，９０°，１８０°，２７０°とすることができる。
【００２１】
図３は、図１に図示した４分割光検出器１１６の受光部配置とＲＦ信号演算回路１２０の配置と機能を示す図である。４分割光検出器１１６は、図２に示した４つの光を受光するための４つの受光部３０１，３０２，３０３，３０４を有し、それぞれ位相差０°，９０°，２７０°，１８０°の干渉位相差の干渉強度を受光する。それぞれの出力を差動増幅器３０５、３０６によって差動演算を行ったのち、２乗加算平方根回路３０７によりＲＦ信号を検出する。
【００２２】
上記４種類の位相差を持った光の検出信号から、図３に示した演算により再生ＲＦ信号が参照光によって増幅されることを説明する。ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４に入射する光の干渉強度は、それぞれ次式のように表せる。式中の指数因子が角度選択性偏光変換素子２０４により発生した９０°の位相差の効果である。
【００２３】
【数１】
2008269680.tif 000003
【００２４】
これらから、図３における差動増幅器３０５，３０６の出力信号Sig1，Sig2は、次のように表せる。
【００２５】
【数２】
2008269680.tif 000004
【００２６】
したがってこれらの２乗和をとって平方根をとる演算を行うと、次式のように、再生信号の電界振幅が参照光の電界振幅で増幅された信号が検出できることになる。
【００２７】
【数３】
2008269680.tif 000005
【００２８】
ここで、この２乗加算の演算を行うことにより、参照光と信号光の位相差が最終的に得られる信号に影響しないことがわかる。したがって従来技術に述べられていたような、波長の数分の１という光路長差調整が不要となるのである。但し、本効果を得るための検出器の数や、各検出器上での信号光と参照光の位相差は上記のとおりとは限らず、原理的には３つ以上の検出器で、各検出器上での信号光と参照光の位相差が互いに異なるように検出を行えばよい。例として図４に、３つの検出器を用い、信号光と参照光の位相差が各検出器上でそれぞれ０度、１２０度、２４０度となる場合の検出方法を示す。偏光プリズム１１３で反射した光束は、集光レンズ１１５を通過したのち、無偏光ビームスプリッタ４０１、４０２によって３つの光束に分割され、それぞれ４５度偏光を透過する偏光子４０３、４０４、４０５を通過したのちに検出器４０６、４０７、４０８によって検出される。この３つの光束のうち、ひとつには信号光と参照光の間に１２０度の位相差を発生させる位相板４０９が、もうひとつには信号光と参照光との間に２４０度の位相差を発生させる位相差４１０がそれぞれ挿入されている。また、各検出器上での光量が等しくなるように、無偏光ビームスプリッタ４０１は透過率と反射率の比が２対１に、無偏光ビームスプリッタ４０２は透過率と反射率が等しくなるようなものを使用する。検出信号はRF信号演算回路４１１に入力され、演算出力としてRF信号が得られる。このとき、各検出器上に入射する光の強度は、それぞれ次式のように表せる。
【００２９】
【数４】
2008269680.tif 000006
【００３０】
これらの光の検出信号から、次式のように信号光と参照光の間の位相差に依存しない増幅信号を得ることができる。
【００３１】
【数５】
2008269680.tif 000007
【００３２】
図５は、角度選択性偏光変換素子２０４として、ニオブ酸リチウムを例として計算した光線入射角に対する偏光位相差の計算結果である。ここでは使用波長４０５ｎｍ、面内屈折率２．４３１、光軸方向屈折率は２．３２５、素子の厚さを１ｍｍとして計算している。これにより、回折光の入射角度が約１．７°程度になるように、無偏光回折格子２０３の回折角を調整すれば、回折光の信号光成分と参照光成分の間に９０度の位相差を発生させることができる。
【００３３】
図６は、コーナーキューブに入射する光が同じ方向に反射されることを説明する図である。入射する光線は、基本的に３回反射して隣接する３面すべてを経由して反射される。図中の実線は光線、破線は光線の各面への射影であり、点線は反射位置を示すための補助線である。各面での光線の射影は平行四辺形の一部を形成しており、その対称性から、反射する光が同じ方向に反射されることがわかる。ただし、入射する光と反射する光が平行ではあるが、位置のずれはある。
【００３４】
図７は、コーナーキューブプリズムの外観を表す図である。コーナーキューブプリズムは通常、図のように入射方向から見た輪郭が円形になるように加工される。
【００３５】
図８は、コーナーキューブを前面から眺めた図である。図中の太線は反射面の境界線である。また、点線に重なるように光束が入射すると、２回目の反射の際に境界線に重なる。従って、境界線の影響がないようにするためには、図中の太線と点線で囲まれた領域Ａ−Ｆのいずれかに入射光束が収まるようにすればよい。但し、どの領域に入射するかによって入射光が反射面に当たる順番が異なるために、各領域に入射したときの偏光擾乱はそれぞれ異なる。更に偏光擾乱は、コーナーキューブの形態や材質、入射角にも依存する。従って入射領域やこれらの条件に合わせて偏光補償素子を選定する必要がある。
【００３６】
例として、媒質がＢＫ７のコーナーキューブプリズムを使用し、光の波長が４０５ｎｍ、入射方向と各反射面とのなす角が等しく、偏光補償素子としてλ／４板とλ／２板を入射光に対してこの順に挿入し、コーナーキューブからの反射光も前記偏光補償素子を通過する場合の設定値を表１にまとめた。λ／４板、λ／２板の光学軸とは、入射方向から見たときの、垂直方向に対する進相軸の方向である（反時計回りが正の方向）。これらの設定値において、コーナーキューブプリズムに水平偏光が入射したときの出力偏光は垂直偏光になる。また、後述する位置ずれ補正のため、入射領域は水平方向に位置ずれを伴って出力する領域Ｃもしくは領域Ｄが適切である。
【００３７】
表１（偏光補償素子の設定値の例）
領域    λ／４板の光学軸      λ／２板の光学軸
Ａ      −１７．７２°          ２８．６４°
Ｂ      −１７．７２°          −１．３６°
Ｃ      −１７．７２°          ５８．６４°
Ｄ      −１７．７２°          ５８．６４°
Ｅ      −１７．７２°          −１．３６°
Ｆ      −１７．７２°          ２８．６４°
【００３８】
なお、偏光補償素子の形態はこの限りではなく、例えば入射光と反射光のいずれか一方の光路に偏光補償素子を挿入しても補償可能である。例として、入射光光路にのみλ／４板とλ／２板を挿入した場合の、戻り光の偏光が入射光の偏光に対して９０度回転する設定角を表２に示す。
【００３９】
表２
領域    λ／４板の光学軸      λ／２板の光学軸
Ａ        ５１．４５°        −３６．６６°
Ｂ      −５１．４５°          ３６．６６°
Ｃ        １３．２８°          ５６．８５°
Ｄ      −１３．２８°        −５６．８５°
Ｅ      −１５．９２°        −１３．２２°
Ｆ        １５．９２°        −１３．２２°
【００４０】
また、構成素子はλ／２板とλ／４板とは限らず、適当な位相差を与える位相板１つに置き換えてもよい。なお、上記例における偏光擾乱の原因は、コーナーキューブプリズムにおける各反射が媒質内部での反射であって全反射条件を満たすことによる、ｐ偏光とｓ偏光の間に発生する位相差であるが、例えば反射面が３枚の金属ミラーで構成されているようなコーナーキューブの場合には位相差に加えて反射率差も生じる場合がある。しかし、このような場合でも、適当な位相補償によって反射光の偏光を調整することにより、信号増幅率を最適化することができる。
【００４１】
図９は、ビームディスプレイサーによる位置ずれを説明する図である。ビームディスプレイサー１２２は方解石などの異方性媒質を柱状に切り出したものである。異方性媒質を光が透過する際、光の偏光成分によって光線が二種類の方向に伝播し、位置ずれを引き起こす現象が知られており、これをウォークオフと呼ぶ。但し、透過後は各偏光成分に対応した二つの光線の方向は互いに平行になる。この性質を利用し、コーナーキューブからの反射光の偏光を入射光に対して９０度回転させることにより、戻り光のビームディスプレイサー内の位置ずれがコーナーキューブの位置ずれを相殺し、戻り光を入射光と同軸にすることができる。但し、ビームディスプレイサーの位置ずれは、位置ずれを引き起こす偏光の方向に生じるため、コーナーキューブの位置ずれは入射光もしくは戻り光の偏光と同じ方向である必要がある。上記コーナーキューブプリズムの説明において、領域Ｃもしくは領域Ｄが適切であるとしたのはこのためである。但し、コーナーキューブプリズムの別の領域に入射する場合でも、二つのビームディスプレイサーを組み合わせることにより位置ずれ補正は可能である。この場合、二つのビームディスプレイサーの位置ずれ方向を互いに異なるように配置し、それぞれの位置ずれの大きさを適当に設定すればよい。なお、媒質中の二つの光線方向のなす角（ウォークオフ角）は、例えば一般的に用いられている媒質である方解石の場合は約６度であり、補正する位置ずれに対して約１０倍の長さのビームディスプレイサーを用いればよい。
【００４２】
［実施形態２］
図１０は別の実施形態として、ビームディスプレイサー１２２の代わりに台形形状の偏光プリズム１００１を用いた光ヘッドの概略図である。この場合、コーナーキューブプリズム１１２によって発生した位置ずれの補正は、プリズム１００１内に構成された反射面と偏光分離面により行う。偏光プリズム１０４を透過したｐ偏光の参照光は、偏光プリズム１００１の偏光分離面を透過し、偏光補償素子１２３とコーナーキューブプリズム１１２をそれぞれ透過、反射した後に、偏光プリズム１００１の反射面において反射され、偏光プリズム１００１の偏光分離面に入射する。ここで偏光がｓ偏光になっているために反射し、入射光と同軸になって偏光プリズム１０４に戻る。
【００４３】
［実施形態３］
図１１は別の実施形態として、コーナーキューブプリズムからの反射光を全反射ミラー１１０１で反射させ、同軸に光を戻す方式の光ヘッドを示す概略図である。この場合は偏光補償素子１２３の設定が上記実施形態と異なるが、適切な設定により、上記実施形態と同様に偏光プリズム１０４に戻る光をｓ偏光にすることができる。
【００４４】
［実施形態４］
図１２は別の実施形態として、偏光プリズム１０４の代わりに二つの偏光プリズムが一体になった形状の偏光プリズム１２０１を用いる光ヘッドの概略図である。この偏光プリズム１２０１は、二つの偏光プリズムを繋げたような形状をしており、偏光分離面が２つ存在する。１つ目の偏光分離面は、偏光プリズム１０４と同じく光源１０１から出射された光束を信号光と参照光に分離する役割を持ち、もうひとつの偏光分離面は光ディスク１０８からの反射光と、コーナーキューブプリズム１１２からの反射光を合波する役割を持つ。このように、光源の分割手段と、二つの光束を合波する手段が異なる場合でも、大型化を回避しながら光学系を構成することが出来る。
【００４５】
［実施形態５］
図１３は別の実施形態として、参照光のコーナーキューブプリズム１１２からの戻り光が、入射光と同じ偏光である場合を示す概略図である。ここでは、信号光の戻り光が偏光プリズム１０４を通過したのち、λ／２板１３０１によって偏光が９０度回転し、偏光プリズム１３０２によって参照光と合波される。このように、偏光補償素子１２３による偏光補償は、必ずしも上記実施形態のように９０度の回転でなくともよい。要は、信号光と参照光が、最終的に偏光方向が互いに直交した状態で同軸に合波されればよい。
【００４６】
以上説明したように、本発明によると、信号光と参照光の光路差の自動調整が可能で、信号増幅効果があり、従来の光ヘッドと同等のサイズで作製可能な、干渉型の光ヘッドおよび光ディスク装置を提供することができる。これにより、記録層数が複数存在する多層光ディスクなど、信号光強度を従来よりも低くせざるを得ない場合や、信号再生速度が従来に比べて高速化することによりノイズが増大する場合などに、信号増幅によって再生信号品質を向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明により、大容量多層高速光ディスクの再生信号を安定に、高品質で検出することが可能となり、大容量ビデオレコーダや、ハードディスクデータバックアップ装置、保存情報アーカイブ装置など、幅広い産業応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による光ヘッドの基本的な実施形態を示す概略図。
【図２】偏光位相変換分離素子の説明図。
【図３】ＲＦ信号受光部と演算回路の説明図。
【図４】ＲＦ信号を３つの検出信号から生成する場合の信号検出方法を示す図。
【図５】角度選択性偏光変換素子の入射角対位相差特性の例を示す図。
【図６】コーナーキューブの原理説明図。
【図７】コーナーキューブプリズムの外形図。
【図８】コーナーキューブを前面から眺めた図。
【図９】ビームディスプレイサーの特性説明図。
【図１０】台形形状の偏光プリズムを用いた光ヘッドの実施形態を示す図。
【図１１】全反射ミラーを用いた光ヘッドの実施形態を示す図。
【図１２】光源の分割手段と、２つの反射光の合波手段が異なる場合の実施形態を示す図。
【図１３】参照光の偏光補正が９０度でない場合の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１０１：半導体レーザ、１０２：コリメートレンズ、１０３：λ／２板、１０４：偏光プリズム、１０５：λ／４板、１０６：２次元アクチュエータ、１０７：対物レンズ、１０８：光ディスク、１０９：スピンドルモータ、１１０：偏光位相補償素子、１１１：１次元アクチュエータ、１１２：コーナーキューブプリズム、１１３：偏光プリズム（ｓ偏光反射率１００％）、１１４：偏光位相変換分離素子、１１５：集光レンズ、１１６：４分割光検出器、１１７：集光レンズ、１１８：シリンドリカルレンズ、１１９：４分割光検出器、１２０：ＲＦ信号演算回路、１２１：サーボ信号演算回路、１２２：ビームディスプレイサー、１２３：偏光補償素子、２０１：信号光偏光方向、２０２：参照光偏光方向、２０３：無偏光回折格子、２０４：角度選択性偏光変換素子、２０５：偏光分離回折格子、２０６：光学軸、２０７：光学軸、３０１、３０２、３０３、３０４：受光部、３０５、３０６：差動増幅器、３０７：２乗加算平方根演算回路、４０１、４０２：無偏光ビームスプリッタ、４０３、４０４、４０５：偏光子、４０６、４０７、４０８：検出器、４０９、４１０：位相板、４１１：RF信号演算回路、１００１：偏光プリズム、１１０１：全反射ミラー、１２０１：偏光プリズム、１３０１：λ／２板、１３０２：偏光プリズム
【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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【図１３】
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