(57)【要約】【課題】固体イマルジョンレンズ（ＳＩＬ）を使用した光ピックアップにおいて、ＳＩＬ端面と光ディスクの表面とのギャップ間隔は数十ｎｍ程度と狭いため、相対的な傾きがあると、ＳＩＬと光ディスクが衝突する。これをさけるため相対傾き角度を検出する方法が考案されているが、一つのビームで行う方法では複数の情報層を有する多層光ディスクの場合に傾き角度の検出感度が変化してしまう。【解決手段】複数のビームを用いることで傾き角度の検出感度の変化を抑える。また多層光ディスクに複数のビームを照射している場合でも、検出系への分岐をビームエキスパンダ等の発散度変更機構より対物レンズ系側で行うことで、メインビームとサブビームの分離を容易にし、多層ディスクでも安定して相対傾き角検出が可能となる。【選択図】図１
2013101726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発する光源と、
前記光源から出射された光ビームをメインビームとし、前記メインビームからサブビームを生成するサブビーム生成素子と、
前記メインビームの発散度を変更する発散度変更機構と、
前記発散度変更機構からのメインビームを複数の情報層を持つ光記録媒体に収束する固体イマルジョンレンズ（ＳＩＬ）を含む対物レンズ系と、
前記光記録媒体で反射したメインビームを分岐する第１の分岐素子と、
前記固体イマルジョンレンズの端面で反射したメインビームとサブビームを分岐する第２の分岐素子と、
前記第１の分岐素子で分岐したメインビームを検出する第１の光検出器と、
前記第２の分岐素子から分岐したメインビームとサブビームを収束する検出レンズと、
前記検出レンズで収束したメインビームとサブビームを検出する第２の光検出器を備え、
前記固体イマルジョンレンズの端面と前記光記録媒体の表面はエバネッセント光が効率よく伝播する距離である、波長の１０分の１より短い距離に保たれ、
前記メインビームと前記サブビームは前記固体イマルジョンレンズの端面の異なる位置を照射し、
前記第２の分岐素子は前記発散度変更機構より前記対物レンズ系側にあり、
前記第２の光検出器は前記メインビームと前記サブビームを異なる受光領域で受光し、
前記メインビームとサブビーム、もしくはサブビーム同士の光量の差から前記固体イマルジョンレンズの端面と前記光記録媒体の表面との相対傾き角度を検出することを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
前記サブビームとメインビームの前記固体イマルジョンレンズ上での中心間隔をＬｂとし、前記複数の情報層を持つ光記録媒体の表面から最奥層までの距離をｄＮ、表面から表面に最も近い情報層までの距離をｄ１とし、光記録媒体中での開口数をＮＡとして
Ｌｂ＞（ｄＮ−ｄ１）×ＮＡ，
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項３】
前記サブビームとメインビームの前記固体イマルジョンレンズ上での中心間隔をＬｂとし、前記対物レンズ系から前記第２の検出器までの光学系の倍率をαとし、前記第２の検出器の前記メインビームの受光領域の一辺の長さをＬｐｄとしたとき、
Ｌｐｄ＝α×Ｌｂ，
であることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記サブビームとメインビームの前記固体イマルジョンレンズ上での中心間隔をＬｂとし、前記複数の層を持つ光記録媒体の最奥層に光ビームを収束したときの前記固体イマルジョンレンズの端面でのビーム径をＤｂとし、前記固体イマルジョンレンズの端面の径をＤとして、
Ｄ＞Ｌｂ＋Ｄｂ，
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記固体イマルジョンレンズは光記録媒体と向き合う端面の周囲がコーン状をしていることを特徴とする請求項４記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記サブビームはメインビームをはさんで２本配置されることを特徴とする請求項１から５記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記サブビームはメインビームを中心に十字状に４本配置されることを特徴とする請求項１から５記載の光ピックアップ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の光ピックアップと、光記録媒体を回転するモータと、前記光ピックアップから得られる信号に基づいて、前記モータ、前記光ピックアップに用いたレンズ、及び前記光源の少なくともいずれかを制御及び駆動する電気回路とを備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光情報記録再生装置を備え、入力された情報、及び前記光情報記録再生装置から再生された情報の少なくともいずれかに基づいて演算を行う演算装置と、前記入力された情報、前記光情報記録再生装置から再生された情報、及び前記演算装置によって演算された結果の少なくともいずれかを出力する出力装置を備えたことを特徴とするコンピュータ装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の光情報記録再生装置と、画像情報を前記光情報記録再生装置に記録する情報に変換する記録用信号処理回路と、前記光情報記録再生装置から得られる信号を画像に変換する再生用信号処理回路とを備えた光ディスクレコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクや光カードなど、収束した光を照射することにより情報を記録または再生する光ピックアップ、光情報記録再生装置、光情報記録再生装置を備えたコンピュータ、光ディスクレコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、映像や音声を初めとする各種の情報を記録する光記録媒体として、ＣＤや ＤＶＤ、あるいはＢＤ（ブルーレイディスク）といった光ディスクが広く用いられている。このような光記録媒体を用いた光情報記録再生装置では、光記録媒体に光を照射して情報を記録または再生するため、情報の記録密度は光記録媒体に収束する光スポットの大きさに依存する。従って、光記録媒体の大容量化は、光ピックアップにより照射される光スポットを小さくすることによって実現できる。この光スポットの大きさは、対物レンズの開口数に比例し、照射する光の波長に反比例するため、より小さな光スポットを得るには、使用する光の波長を更に短くするか、あるいは、対物レンズの開口数を更に大きくすれば良い。しかし、これまで実用化されている光情報記録再生装置では、光記録媒体と対物レンズの間が波長に比べて十分大きく離れており、対物レンズから出射する光は開口数が１を超えると、レンズ出射面で全反射するため、記録密度を上げることができなかった。
【０００３】
そこで、対物レンズの開口数（ＮＡ）が１を超える光記録再生手法として、ＳＩＬ (固体イマルジョンレンズ、ソリッドイマージョンレンズ)を用いた近接場光記録再生法が開発されている。開口数ＮＡは光記録媒体の媒質の屈折率をｎ、入射光の光軸に対する最大角度をθとして、ＮＡ＝ｎ・sinθで定義される。通常、開口数が1を超えと臨界角以上になるため、この領域の光は、対物レンズの出射端面において全反射される。この全反射する光は出射端面からエバネッセント光として出ており、近接場光記録再生法では、このエバネッセント光をレンズから光記録媒体に伝搬できるようにしたものである。このため、対物レンズの出射端面と光記録媒体表面との間隔（エアギャップ）を、エバネッセント光の減衰距離より短く維持して、開口数が１を越える範囲の光を対物レンズから光記録媒体に透過させている。
【０００４】
このようなＳＩＬを用いる光学系では、エバネッセント光で光を伝播するためＳＩＬと光ディスクとの間隔は、波長より十分短く（およそ１０分の１以下にする必要がある）、波長４０５ｎｍを使用しているときでは２５ｎｍ程度の間隔に保つ必要がある。ところがこのような狭い間隔でＳＩＬと光ディスクとの間に相対的な傾きがあるとＳＩＬの端と光ディスクが衝突する。従って、傾きに許容される誤差が非常に小さくなる。
【０００５】
ＳＩＬの先端の径をＤ＝φ４０μｍ、ギャップ間隔をｇ＝２５ｎｍとすると、許容される角度θは０．０７度程度となる。
【０００６】
θ＝sin-1（ｇ／２Ｄ）  ・・・（式０−１）,
しかしながら、相対傾き角度を０．０７度以下に抑えることは、容易ではない。この角度を抑えるため、相対傾き角度を検出し、レンズもしくは光ディスクを傾ける方法がある。この検出のために、ＳＩＬ端面の反射光の分布を検出し、その偏りから相対傾き角度を検出する方法が考案されている（特許文献１）。
【０００７】
図１４にその方法を示す。半導体レーザ１から出射された光ビームはコリメートレンズ２で平行光となり、ビームスプリッタ３、４を透過し、１／４波長板５を経て、レンズ６ａにより収束光となる。収束光となった光ビームはソリッドイマルジョンレンズのＳＩＬ６ｂに入射し、光ディスク７上に収束される。ＳＩＬ６ｂの先端と光ディスク７の表面はエバネッセント光により光が伝播する位の距離に接近している。光ディスク７で反射された光ビームは、ＳＩＬ６ｂ、レンズ６ａ、１／４波長板５を再び通り、ビームスプリッタ４、もしくは３で反射され光検出器８、及び９に入射する。ここで光検出器８は光ディスク７の情報面で反射した光ビームを受光し、情報再生用の信号を生成する。一方、光検出器９は４分割された受光部を持ち、それぞれ受光した光量に応じた信号を出力する。
【０００８】
図１５に先端部の拡大図（傾きがあるとき）を示す。矢印Ａ、Ｂで示す周辺光はＳＩＬ６ｂと光ディスク７の表面との距離が異なっているので、この位置の光線の反射率が異なる。これにより、ここで反射した光ビームには明暗の差が生じる。この明暗の差を図１４の光検出器９の４つの受光部の信号量の違いとして検出することにより、傾き角度を検出することができる。
【０００９】
また、別の方式として、複数のビームをＳＩＬ端面を通して光ディスクに照射し、相対傾き角度を検出する方式が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３４４３５１号公報
【特許文献２】特開２００６−００４５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来の構成では、複数の情報層を持つ多層ディスクに対して、１つの光源のみで情報層からの信号の再生とギャップ制御のためのギャップ間隔検出信号、相対傾き角度検出のためのチルト信号を得ることを考えた場合、記録・再生しようとする情報層の位置によりＳＩＬ端面でのビーム径が変わってしまい、相対傾きの検出感度が大きく変化してしまう。特にＳＩＬ方式ではカバー層が薄いため、一番表面に近い情報層では、実用的なチルト検出の感度が得られないという課題を有していた。
【００１２】
また、多層ディスクで記録・再生する情報層を変えた時、複数のビームを使う方法では、メインビームとサブビームが分離して検出できないという課題を有していた。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、多層の光ディスクに対しても、ＳＩＬ端面と光ディスク表面との相対傾き角度を安定に検出し、補正する光ピックアップ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】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の光ピックアップは、光ビームを発する光源と、光源から出射された光ビームをメインビームとし、メインビームからサブビームを生成するサブビーム生成素子と、メインビームの発散度を変更する発散度変更機構と、発散度変更機構からのメインビームを複数の情報層を持つ光記録媒体に収束する固体イマルジョンレンズ（ＳＩＬ）を含む対物レンズ系と、光記録媒体で反射したメインビームを分岐する第１の分岐素子と、固体イマルジョンレンズの端面で反射したメインビームとサブビームを分岐する第２の分岐素子と、第１の分岐素子で分岐したメインビームを検出する第１の光検出器と、第２の分岐素子から分岐したメインビームとサブビームを収束する検出レンズと、検出レンズで収束したメインビームとサブビームを検出する第２の光検出器を備え、固体イマルジョンレンズの端面と光記録媒体の表面はエバネッセント光が効率よく伝播する距離である、波長の１０分の１より短い距離に保たれ、メインビームとサブビームは固体イマルジョンレンズの端面の異なる位置を照射し、第２の分岐素子は発散度変更機構より対物レンズ系側にあり、第２の光検出器はメインビームとサブビームを異なる受光領域で受光し、メインビームとサブビーム、もしくはサブビーム同士の光量の差から固体イマルジョンレンズの端面と光記録媒体の表面との相対傾き角度を検出する。
【００１５】
本構成によって、複数の情報層を持つ光記録媒体でも、固体イマルジョンレンズの端面と光記録媒体の表面との相対角度を精度よく検出でき、固体イマルジョンレンズと光記録媒体の衝突をさけることができる。
【００１６】
更に望ましくは、サブビームとメインビームの固体イマルジョンレンズ上での中心間隔をＬｂとし、複数の情報層を持つ光記録媒体の表面から最奥層までの距離をｄＮ、表面から表面に最も近い情報層までの距離をｄ１とし、光記録媒体中での開口数をＮＡとして
Ｌｂ＞（ｄＮ−ｄ１）×ＮＡ，
の関係を満たす。
【００１７】
本構成によれば、検出系において、多層のどの情報層にメインビームの焦点があるときでもメインビームとサブビームを分離して検出できる。
【００１８】
また、望ましくは、サブビームとメインビームの固体イマルジョンレンズ上での中心間隔をＬｂとし、対物レンズ系から第２の検出器までの光学系の倍率をαとし、第２の検出器のメインビームの受光領域の一辺の長さをＬｐｄとしたとき、
Ｌｐｄ＝α×Ｌｂ，
であることを満たす。
【００１９】
本構成によれば、サブビームが混入することなくメインビームを検出することができる。
【００２０】
更に、望ましくは、サブビームとメインビームの固体イマルジョンレンズ上での中心間隔をＬｂとし、光記録媒体の複数の情報層のうち最奥層に光ビームを収束したときの固体イマルジョンレンズの端面でのビーム径をＤｂとし、固体イマルジョンレンズの端面の径をＤとして、
Ｄ＞Ｌｂ＋Ｄｂ，
の関係を満たす。
【００２１】
本構成によれば、固体イマルジョンレンズの端面でサブビームがけられることがなくなる。
【００２２】
また、望ましくは、固体イマルジョンレンズは光記録媒体と向き合う端面の周囲がコーン状をしている。
【００２３】
本構成によれば、相対傾きに対して、固体イマルジョンレンズと光記録媒体が衝突しづらくなるので、その許容角度を大きくできる。
【００２４】
また、望ましくは、サブビームはメインビームをはさんで２本配置する。
【００２５】
本構成によれば、相対傾き角度を高い感度で検出できる。
【００２６】
また、望ましくは、サブビームはメインビームを中心に十字状に４本配置する。
【００２７】
本構成によれば、ラジアル方向、タンゼンシャル方向２方向の相対傾き角度を高い感度で検出することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光ピックアップによれば、ＳＩＬ方式の光学系で、ＳＩＬ端面と光ディスク表面の相対傾き角度を精度良く検出でき、その角度ずれを抑えることができるので、ＳＩＬが光ディスクに衝突することなく、安定に高い記録密度の情報を記録再生することができる。また光ディスクを傷つける可能性を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１における光ピックアップの構成図
【図２】本発明の実施の形態１における回折格子の例の正面図
【図３】本発明の実施の形態１における光記録媒体の情報層の構成と対物レンズ系の関係を示す構成図
【図４】本発明の実施の形態１におけるＳＩＬ端面での各ビームの配置関係と大きさを示す概略図、光記録媒体の情報層への各ビームの収束の様子を示すＳＩＬ端面付近の拡大図
【図５】本発明の実施の形態１においてＬ１層にメインビームの焦点があるときのＳＩＬ端面での反射の様子と、ＳＩＬ端面で反射したメインビームとサブビームの検出系での収束点と光検出器の位置関係を示す概略図
【図６】本発明の実施の形態１においてＬ２層にメインビームの焦点があるときのＳＩＬ端面での反射の様子と、ＳＩＬ端面で反射したメインビームとサブビームの検出系での収束点と光検出器の位置関係を示す概略図
【図７】本発明の実施の形態１においてＬ３層にメインビームの焦点があるときのＳＩＬ端面での反射の様子と、ＳＩＬ端面で反射したメインビームとサブビームの検出系での収束点と光検出器の位置関係を示す概略図
【図８】本発明の実施の形態１において各層にメインビームの焦点があるときのＳＩＬ端面での反射したメインビームの検出系での収束点と光検出器の位置関係と、本発明とは異なる構成の光ピックアップの構成図と、その光ピックアップにおいて、ＳＩＬ端面で反射したメインビームの検出系での収束点と光検出器の位置関係を示す概略図
【図９】本発明の実施の形態１において各層にメインビームの焦点があるときのＳＩＬ端面からの反射光の検出器上でのスポットの大きさと位置関係と受光領域の関係を示す概念図
【図１０】本発明の実施の形態２における光ピックアップの構成図
【図１１】本発明の実施の形態３における光情報記録再生装置の構成図
【図１２】本発明の実施の形態４におけるコンピュータの構成図
【図１３】本発明の実施の形態５における光ディスクレコーダの構成図
【図１４】従来の光ピックアップの構成図
【図１５】従来の光ピックアップで、ＳＩＬ端面と光ディスク表面が相対的に傾いている場合のＳＩＬ端面付近の拡大図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光ピックアップの構成図である。
【００３２】
図１において、光源としての半導体レーザ１０１は直線偏光の光ビームを出射する。サブビーム生成素子としての回折素子１０２は光源からの光ビームを受けて、メインビームである０次光と、サブビームである±１次光を生成する。メインビームとサブビームは、コリメータレンズ１０３で略平行光となり、第１の分岐素子であるビームスプリッタ１０４を透過する。ビームスプリッタ１０４を透過したメインビームとサブビームは発散度変更機構であるビームエキスパンダ１０５に入射する。ビームエキスパンダ１０５は負のパワーを持つレンズ１０５ａと正のパワーを持つレンズ１０５ｂから成り、レンズ１０５ａとレンズ１０５ｂの間隔を変更することでレンズ１０５ｂから出射される光ビームの発散度を変更する機能を有する。レンズ１０５ｂは光軸方向に移動可能なアクチュエータ１０５ｃに搭載されている。ビームエキスパンダ１０５を通ったメインビームとサブビームは、第２の分岐素子である、ビームスプリッタ１０６を透過して、１／４波長板１０７に入射する。１／４波長板１０７は直線偏光の光を円偏光に変換する。１／４波長板１０７を経たメインビームとサブビームは対物レンズ光学系１０８に入射する。対物レンズ光学系１０８は、絞りレンズ１０８ａと固体イマルジョンレンズ（ＳＩＬ）としてのＳＩＬ１０８ｂから成り、ＳＩＬ１０８ｂの出射端面と、それに対向する光記録媒体である光ディスク２００の表面との間に存在するエアギャップをエバネッセント減衰長さより短くして、エバネッセント光による光伝播が行われるようにしている。このギャップ間隔はおおむね波長の１０分の１より短い。光ディスク２００により反射・回折されたメインビームとサブビームは対物レンズ系１０８で再び略平行光に戻され、１／４波長板１０７を経た後、ビームスプリッタ１０６、１０４でそれぞれ一部の光が反射される。ビームスプリッタ１０４は偏光ビームスプリッタであり、往路とは直交する方向の偏光の光ビームを反射する。ビームスプリッタ１０４で反射された光ビームは検出レンズ１１０で収束光に変換され、第１の光検出器である光検出器１１１で受光される。検出レンズ１１０では収束光への変換と同時に非点収差を与える。光検出器１１１は図示しないが４分割された受光部を持ち、非点収差法によりフォーカス信号が検出される。またトラッキング信号はプッシュ法により検出される。また、検出器で受光された光量の和信号からＲＦ信号が生成される。一方、ビームスプリッタ１０６は無偏光のビームスプリッタで、往路と同じ方向の直線偏光も一部を反射する。ビームスプリッタ１０６で反射された光ビームは検光子１０９に入射する。検光子１０９は往路と同じ方向の直線偏光成分のみを透過し、透過した光ビームは検出レンズ１２０で収束光に変換され、第２の光検出器である検出器１２１で受光される。検出器１２１からは、ＳＩＬ１０８ｂと光ディスク２００のエアギャップの間隔を検出するためのギャップ信号と相対傾き角度を表すチルト検出信号が得られる。
【００３３】
図２に回折格子１０２の正面図を示す。回折格子１０２には２方向に格子が作られており、ｘ方向、ｙ方向それぞれに±１次光を生成する。このため、この回折格子１０２を通った光ビームは、メインビームである０次光と４つのサブビームを生じる。
【００３４】
図３は対物レンズ光学系１０８と光ディスク２００の各記録面の関係を示す模式図である。ＳＩＬ１０５ｂの先端と光ディスク２００との距離はエバネッセント光として光が効率よく伝播する距離である、例えば２５ｎｍ程度に保たれる。ここでは光ディスク２００は３つの情報層を持つ例を示す。光ビームが入射する側の表面から近い順に、Ｌ１（２１１）Ｌ２（２１２）Ｌ３（２１３）と呼ぶ。表面からＬ１までの距離をｔ１、Ｌ１とＬ２の距離をｔ２、Ｌ２とＬ３の距離をｔ３とする。また、表面から各記録面までの距離をそれぞれｄ１〜ｄ３とする。光ディスク２００の屈折率をｎ、収束する光ビームの最も外側の光線の角度をθ、開口数（ＮＡ）とすると、これらの間には、
ＮＡ＝ｎ・sinθ    ・・・（式１−１），
という関係がある。
【００３５】
ＳＩＬ１０８ｂの先端は直径Ｄの平坦部を残し、その周囲はコーン状をしている。メインビームとサブビームはこの平坦部を通る。
【００３６】
図４にＳＩＬ１０８ｂの端面とメインビーム３０１、サブビーム３０２ａ〜３０２ｄとメインビームが到達する情報層の関係を示す。
【００３７】
図４（ａ）はメインビーム３０１がＬ１層（２１１）に照射される場合を示す。ＳＩＬ１０８ｂの端面の中央にメインビーム３０１、その周囲にサブビーム３０２ａ〜３０２ｄが配置される。サブビーム３０２ａと３０２ｂはメインビーム３０１に対してタンゼンシャル方向に、サブビーム３０２ｃと３０２ｄはメインビーム３０１に対してラジアル方向に配置される。Ｌ１層は一番手前であるため、ＳＩＬ１０８ｂの端面でのビーム径が小さく、メインビーム３０１とサブビーム３０２ａ〜３０２ｄは互いに重ならない。ここでＳＩＬ１０８ｂの端面と光ディスク２００の表面に相対傾き向きがあるとサブビーム位置でのギャップ間隔が異なる。ＳＩＬ１０８ｂ端面での反射率はギャップ間隔が狭ければ小さく（ゼロならば屈折率差だけで決まる反射率）、広ければ全反射に近くなるため１に近づき、大きくなる。このためギャップ間隔の差はサブビームの反射光の光量差として現れる。サブビームの間隔と反射光量差からＳＩＬ１０８ｂと光ディスク２００の相対傾きの角度を検出することができる。図４（ｂ）はメインビーム３０２がＬ２層（２１２）に照射される場合を示す。Ｌ２層は中間にあり、ＳＩＬ１０８ｂの端面ではメインビーム３０１とサブビーム３０２ａ〜３０２ｄは互いに一部が重なり合う。図４（ｃ）はメインビーム３０２がＬ３層（２１３）に照射される場合を示す。Ｌ３層は一番奥にあり、ＳＩＬ１０８ｂの端面ではメインビーム３０１とサブビーム３０２ａ〜３０２ｄは互いの重なり合いが大きくなる。
【００３８】
ＳＩＬ１０８ｂの端面の直径Ｄは一番奥にあるＬ３層にメインビームを集光する場合でも、サブビームがけられないように構成される。サブビームとメインビームの中心間隔をＬｂ、ビーム径をＤｂとすると、
Ｄ＞Ｌｂ＋Ｄｂ    ・・・（式１−２），
の関係を満たすと良い。本実施の形態の例では３層ディスクであり、表面からＬ３層までの距離がｄ３、対物レンズ系の光ディスク中での開口数をＮＡ、光ディスクの屈折率をｎdiskとして、
Ｄｂ＝２×ｄ３×tan（sin-1（ＮＡ／ｎdisk）），と表される。
【００３９】
次に検出系の配置について説明する。図５（ａ）は光ディスク２００のＬ１層にメインビーム３０１の光が収束しているときの図である。ＳＩＬ１０８ｂの端面で反射したメインビーム３０１は、ｄ１’＝ｄ１×ｎdisk／ｎSILの位置に一旦収束し、そこから発散光となり検出系に導かれる。（ここでｄ１は光ディスク２００の表面からＬ１層までの距離。ｎdiskはディスクの屈折率、ｎSILはＳＩＬ１０８ｂの屈折率）。従って復路の光（光ディスクから光検出器へ向かう光）は、往路の光（光源から光ディスクへ向かう光）よりも光源に近い側を仮想発光点として伝播する。このため、図５（ｂ）に示すようにメインビーム３０１が検出レンズ１２０により収束する点１２３は、検出レンズ１２０に平行光を入れたときの焦点位置１２２より遠い側になる。焦点位置１２２と点１２３の距離はｄ１’の空気中換算に検出系の縦倍率βを掛けた距離となる。
【００４０】
更に図６（ａ）では光ディスク２００のＬ２層にメインビーム３０１の光が収束しているときの図である。ＳＩＬ１０８ｂの端面で反射したメインビーム３０１は、ｄ２’＝ｄ２×ｎdisk／ｎSILの位置に一旦収束しそこから発散光となり検出系に導かれる。図６（ｂ）に示すようにメインビーム３０１が検出レンズ１２０により収束する点１２４は、図５（ｂ）で示した点１２３より遠い側になる。焦点位置１２２と点１２４の距離はｄ２’の空気中換算に検出系の縦倍率βを掛けた距離となる。光検出器１２１は、点１２４が受光面上に来るように配置する。
【００４１】
更に図７（ａ）では光ディスク２００のＬ３層にメインビーム３０１の光が収束しているときの図である。ＳＩＬ１０８ｂの端面で反射したメインビーム３０１は、ｄ３’＝ｄ３×ｎdisk／ｎSILの位置に一旦収束しそこから発散光となり検出系に導かれる。図７（ｂ）に示すようにメインビーム３０１が検出レンズ１２０により収束する点１２５は、図６（ｂ）で示した点１２４より更に遠い側になる。焦点位置１２２と点１２５の距離はｄ３’の空気中換算に検出系の縦倍率βを掛けた距離となる。
【００４２】
図８（ａ）にメインビームの各層からの反射光の様子を示す。Ｌ１層、Ｌ２層、Ｌ３層でそれぞれ点１２３、１２４、１２５で収束する。点１２３と点１２５の距離Ｌは、ｄ１’とｄ３’の空気中換算の差に検出系の縦倍率βを掛けたものに等しい。
【００４３】
Ｌ＝（ｄ３’−ｄ１’）×β×ｎSIL  ・・・（式１−３）。
【００４４】
本実施の形態では、図１に示したようにビームスプリッタ１０６をビームエキスパンダ１０５の対物レンズ系１０８側に配置している。このためＳＩＬ１０８ｂの端面で反射した光が集束する点である焦点位置１２２が基準となり、そこからの距離の差で集束位置が決まる。仮に、図８（ｂ）で示すように、ビームスプリッタ１０６がビームエキスパンダ１０５より光源側（ビームスプリッタ１０４と同じ側）であった場合の集束位置を図８（ｃ）に示す。ビームエキスパンダ１０５より光源側では、ビームエキスパンダ１０５の状態にかかわらず、対物レンズ系１０８の焦点位置で反射した光ビームは、同じ位置に再度収束する。これは光源と共役の位置に収束するためである。従ってこの場合、対物レンズ系１０８の焦点で反射したメインビームは、検出レンズ１２０で収束されると、検出レンズ１２０に平行光を入れたときの焦点位置１３２に収束する。メインビームのＬ１層、Ｌ２層、Ｌ３層、それぞれの反射光が収束する点を点１３３、１３４、１３５で示す。点１３３と点１３５の距離Ｌ’は、ｄ１’とｄ３’の空気中換算の差の２倍に検出系の縦倍率βを掛けたものに等しい。
【００４５】
Ｌ’＝２（ｄ３’−ｄ１’）×β×ｎSIL  ・・・（式１−４）。
【００４６】
面１３１はこの系で受光面を配置するとした場合の最適な受光面位置を示す。
【００４７】
このように、ビームスプリッタ１０６と検出系をビームエキスパンダ１０５より光源側にすると、対物レンズ系側にした場合にくらべ、メインビームを集光する情報層の位置を変えた場合に、ＳＩＬ１０８ｂの端面で反射した光ビームの位置の変化は倍になる。これは、ＳＩＬ１０８ｂの端面からの光を用いてギャップ間隔やチルト信号を生成する際、受光部上でのスポット変化も倍になることを意味する。従って図８（ａ）と図８（ｃ）に示したように光検出器１２１でのメインビームのスポット径の最大値は、面１３１でのメインスポット径の最大値の約半分となる。このため、チルト検出のためにサブビームの受光領域をメインビームの受光領域の周囲に配置することができる。
【００４８】
図９に光検出器１２１の受光面での受光領域の配置とメインビームとサブビームのスポットの関係を示す。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれＬ１層、Ｌ２層、Ｌ３層にメインビーム３０１を集光しているとき例である。ＳＩＬ１０８ｂ端面で反射した光のメインビーム３０１は中央の受光領域４０１で受光され、サブビーム３０２ａ〜３０２ｄはそれぞれ、受光領域４０２ａ〜４０２ｄで受光される。受光領域は受光領域４０１を中央に受光領域４０２を十字状に配置する。各受光領域は、情報層が変わり、スポットのサイズが変わっても、受光領域をはみ出さない大きさに設定する。このためには、メインビーム３０１と各サブビーム３０２との受光面上での間隔が各スポット径の最大値より大きくなるようにすればよい。
【００４９】
ビームの間隔はＳＩＬ１０８ｂ上のメインビームとサブビームの間隔Ｌｂと検出系の横倍率α＝√βの積にほぼ等しい。スポットサイズは、受光面から各集束点までの距離と検出側ＮＡ、ＮＡdetで決まる。ＮＡdetは、検出系の倍率αと対物側ＮＡ、ディスクの屈折率ｎdiskから、
ＮＡdet＝ＮＡ／ｎdisk／α    ・・・（式１−５），
とあらわされる。光検出器１２１の受光面を点１２３と点１２５の中点に配置すると、スポットサイズの直径の最大値は、点１２３と点１２５の距離ＬにＮＡを掛けたものとなる。スポットサイズの直径の最大値をｄdetとすると
ｄdet＝ＮＡdet×Ｌ，      ・・・（式１−６）。
【００５０】
これに式１−３、１−５等を代入すると、
ｄdet＝（ｄ３−ｄ１）×α×ＮＡ  ・・・（式１−７），
と表される。
【００５１】
従って、光検出器上でメインビームとサブビームを分離するためには、
Ｌｂ×α＞ｄdet，
が必要であることから、
Ｌｂ＞（ｄ３−ｄ１）×ＮＡ  ・・・（式１−８），
を満たす必要がある。各変数の定義を確認しておくと、ＬｂはＳＩＬ１０８ｂ端面上のメインビームとサブビームの中心間隔、ｄ３は３層ディスクの最奥層であるＬ３層の表面からの層厚、ｄ１は最も表面に近いＬ１層の表面からの層厚。ＮＡはディスク対物レンズ系の開口数である。
【００５２】
具体的には、ｄ３＝７μｍ、ｄ１＝１μｍ、ＮＡ＝１．８とすると
Ｌｂ＞１０．８［μｍ］，
とすればよいので、例えばＬｂ＝１５μｍとすればよい。この値を用いて、式（１−２）について考察すると、ｎdisk＝２．０として、Ｄｂ＝２８．９μｍ。ＳＩＬの端面の径Ｄは、
Ｄ＞２８．９＋１５＝４３．９［μｍ］，とすればよいので、例えばＤ＝４５μｍとすればよい。
【００５３】
尚、ここでは３層を考えたので、ｄ３を用いたが、一般化するとＮ層の光ディスクの最奥層の表面からの距離をｄＮとして、
Ｌｂ＞（ｄＮ−ｄ１）×ＮＡ  ・・・（式１−９），
と表される。
【００５４】
また、この光検出器１２１のメインビーム用受光領域４０１のサイズは検出面上のメインビームとサブビームの距離と同じにするのがよい。
【００５５】
メインビーム用受光領域の形状を四角形とし、その一辺の長さをＬpdとすると、
Ｌｐｄ＝α×Ｌｂ      ・・・（式１−１０），
とすればよい。具体的にはＬｂ＝１５μｍ、α＝１０倍とすると、一辺が１５０μｍの四角形とする。ｄ３＝７μｍ、ｄ１＝１μｍ、ＮＡ＝１．８とすると、スポットサイズの最大値ｄdetは１０８μｍであり、受光領域内に収まる。
【００５６】
サブビーム３０２ａ〜３０２ｄは外周側に向かっては収差等のためｄdetより大きなスポット径となる可能性があるが、外周側には制限がないので、受光領域を外周側に広げれば、それらの光を漏れなく受光することができる。また、サブビーム受光領域４０２ａ〜４０２ｄの内外周方向とは垂直の方向もメインビーム受光領域４０１の一辺の幅より大きくし、内周側の角を図９に示したように面取りした形状にすればサブビームの受光漏れを減らすことができる。
【００５７】
チルト信号としては、サブビーム受光領域４０２ａ〜４０２ｄから得られる信号をそれぞれ、Ｓａ〜Ｓｄとし、
Ｔtan＝（Ｓａ−Ｓｂ）  ・・・（式１−１１），
Ｔrad＝（Ｓｃ−Ｓｄ）  ・・・（式１−１２），
とすれば、ラジアル方向、タンゼンシャル方向それぞれの、光ディスク表面とＳＩＬ端面の相対傾き角度を検出することができる。
【００５８】
この検出信号をもとに、光ディスクとＳＩＬ端面の相対角度ずれを補正することができる。構成の図示はしないが、対物レンズ系１０８を支えるアクチュエータにチルト機構を設けて傾ける方法や、光ディスク２００をモータ部にチルト機構を設けて傾ける方法、光ピックアップ全体を支持するシャフト部にチルト機構を設けて傾ける方法がある。
【００５９】
本実施の形態によれば、多層ディスクでも光ディスク表面とＳＩＬ端面の相対傾き角度を安定に精度よく検出することができ、ＳＩＬが光ディスク表面と衝突することを避けることができるため、情報を安定に記録・再生できるだけでなく、重要な光ディスクを傷つける可能性を低くすることができる。
【００６０】
尚、本実施の形態では、ラジアル方向とタンゼンシャル方向の両方を検出するため、４本のサブビームを用いる例を示したが、これに限定されるものではなく、２本のみを用いて、ラジアル方向のみ、あるいはタンゼンシャル方向のみの検出を行っても良い。この場合、回折格子は１方向のみの格子でよいため、その構成がより簡単になる。
【００６１】
また、メインビームの両側にサブビームを配置する例を示したが、片側のみのサブビームとメインビームとを使って相対傾き角度を検出しても良い。この場合傾き検出の感度は半分になるが、光検出器の受光領域形状は簡素化できる。
【００６２】
また、本実施の形態では、サブビームをメインビームから回折素子で生成する方法を示したが、これに限らず、半導体レーザを並べてサブビーム生成素子としてもよい。この場合、メインビームのロスを減らすことができ、特に記録用光ピックアップで半導体レーザのパワーに余裕が無い時には有利である。
【００６３】
また、本実施の形態では、２次元の格子を持つ回折素子でサブビームを４本生成する例を示したが、一枚のガラスの表と裏に直交する方向の１次元の回折格子を設けても良い。
【００６４】
尚、本実施の形態において、フォーカス検出は非点収差法、トラッキング検出はプッシュプル法を例として示したが、これらに限定されるものではなく、他の検出方式と組み合わせても良い。
【００６５】
（実施の形態２）
次に本実施の形態２として、別の構成の例を示す。図１０に本実施の形態の光ピックアップの構成を示す。この構成ではコリメートレンズが移動可能なアクチュエータに載っており、発散度変更機構の一部となっている。図１０で実施の形態１と同じ機能のものには同じ番号をつける。
【００６６】
光源としての半導体レーザ１０１は直線偏光の光ビームを出射する。サブビーム生成素子としての回折素子５０１は光源からの光ビームを受けて、メインビームである０次光と、サブビームである±１次光を生成する。メインビームとサブビームは、第１の分岐素子であるビームスプリッタ１０４を透過する。ビームスプリッタ１０４を透過したメインビームとサブビームは発散度変更機構であるコリメータレンズ系５０２に入射する。コリメータレンズ系５０２は正のパワーを持つコリメータレンズ５０２ａを光軸方向に移動することで、コリメータレンズ５０２ａから出射される光ビームの発散度を変更する機能を有する。コリメータレンズ５０２ａは光軸方向に移動可能なアクチュエータ５０２ｂに搭載されている。コリメータレンズ系５０２を通ったメインビームとサブビームは、第２の分岐素子である、ビームスプリッタ５０３を透過して、１／４波長板１０７に入射する。１／４波長板１０７は直線偏光の光を円偏光に変換する。１／４波長板１０７を経たメインビームとサブビームは対物レンズ光学系１０８に入射する。対物レンズ光学系１０８は、絞りレンズ１０８ａとソリッドイマルジョンレンズのＳＩＬ１０８ｂから成り、ＳＩＬ１０８ｂの出射端面と、それに対向する光記録媒体である光ディスク２００の表面との間に存在するエアギャップをエバネッセント減衰長さより短くして、エバネッセント光による光伝播が行われるようにしている。光ディスク２００により反射・回折されたメインビームとサブビームは対物レンズ系１０８で再び略平行光に戻され、１／４波長板１０７を経た後、ビームスプリッタ５０３、１０４でそれぞれ一部の光が反射される。ビームスプリッタ１０４は偏光ビームスプリッタであり、往路とは直交する方向の偏光の光ビームを反射する。ビームスプリッタ１０４で反射された光ビームは検出レンズ５１０で収束角度を変更され、光検出器５１１で受光される。検出レンズ５１０では収束角度の変更と同時に非点収差を与える。光検出器５１１は図示しないが４分割された受光部を持ち、非点収差法によりフォーカス信号が検出される。またトラッキング信号はプッシュ法により検出される。また、検出器で受光された光量の和信号からＲＦ信号が生成される。一方、ビームスプリッタ５０３は部分偏光ビームスプリッタで、往路と同じ方向の直線偏光の一部を反射し、それと直交する方向の変更は反射しない。ビームスプリッタ５０３で反射された光ビームは往路と同じ方向の直線偏光成分のみを持つ。ビームスプリッタ５０３で反射した光ビームは検出レンズ１２０で収束光に変換され、検出器１２１で受光される。検出器１２１からは、ＳＩＬ１０８ｂと光ディスク２００のエアギャップの間隔を検出するためのギャップ信号と相対傾き角度を表すチルト検出信号が得られる。
【００６７】
検出レンズ１２０と光検出器１２１の関係、検出器１２１の受光領域の配置は実施の形態１で述べた構成と同じである。
【００６８】
本実施の形態によれば、光ビームの発散度変更機構がコリメータレンズを兼ねるため、光学部品の構成要素が少なくなる。また、ビームスプリッタ５０３も部分偏光ビームスプリッタとすることで、無偏光のビームスプリッタと検光子を組み合わせる場合より部品点数を減らすことができる。
【００６９】
（実施の形態３）
本発明の光記録媒体の光情報記録再生装置の実施の形態を図１１に示す。図１１において光ディスク２００は、ターンテーブル６０５に搭載され、クランパー６０６により保持され、モータ６０４によって回転される。第１、第２の実施形態に示した光ピックアップ６０２は、光ディスク２００の所望の情報の存在するトラックのところまで、駆動装置３０１によって移送される。
【００７０】
光ピックアップ６０２は、光ディスク２００との位置関係に対応して、フォーカス信号やトラッキング信号、ギャップ信号、ＲＦ信号を電気回路６０３へ送る。電気回路６０３はこの信号に対応して、光ピックアップ６０２へ、対物レンズアクチュエータを駆動させるための信号を送る。この信号によって、光ピックアップ６０２は、光記録媒体２００に対してフォーカス制御、トラッキング制御、ギャップ制御、チルト制御を行い、情報の読み出し、書き込み又は消去を行う。
【００７１】
以上の説明において、搭載する光ディスク２００は、近接場光により記録再生のための情報層を有する実施の形態１で述べた光記録媒体である。本実施の形態の光情報記録再生装置６０７は、多層ディスクでも光ディスク表面とＳＩＬ端面の相対傾き角度を安定に精度よく検出することができ、ＳＩＬが光ディスク表面と衝突することを避けることができるため、情報を安定に記録・再生できるだけでなく、重要な光ディスクを傷つける可能性を低くすることができる。
【００７２】
（実施の形態４）
本実施の形態は、前記実施形態３に係る光情報記録再生装置６０７を具備したコンピュータ装置の実施の形態である。図１２は、本実施の形態に係るコンピュータの斜視図である。図１２に示したコンピュータ６０９は、実施形態３に係る光情報記録再生装置６０７と、情報の入力を行うためのキーボード６１１とマウス６１２などの入力装置と、入力装置から入力された情報や、光情報記録再生装置６０７から読み出した情報などに基づいて演算を行うＣＰＵなどの演算装置６０８と、演算装置６０８によって演算された結果の情報を表示するブラウン管や、液晶表示装置などの出力装置６１０とを備えている。
【００７３】
本実施の形態に係るコンピュータ装置は、前記実施形態３に係る光情報記録再生装置６０７を具備しており、近接場光により記録再生のための情報層を持つ光記録媒体に安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できる。
【００７４】
（実施の形態５）
本実施の形態は、前記実施形態３に係る光情報記録再生装置６０７を具備した光ディスクレコーダの実施の形態である。図１３は、本実施の形態に係る光ディスクレコーダの斜視図である。図１３に示した光ディスクレコーダ６１５は、実施形態３に係る光情報記録再生装置６０７と、画像信号を光情報記録再生装置６０７によって、光記録媒体へ記録する情報信号に変換する記録信号処理回路６１３を備えている。
【００７５】
光情報記録再生装置６０７から得られる情報信号を、画像信号に変換する再生信号処理回路６１４も有することが望ましい。この構成によれば、既に記録した部分を再生することも可能となる。更に、情報を表示するブラウン管、液晶表示装置などの出力装置６１０を備えてもよい。
【００７６】
本実施の形態に係る光ディスクレコーダは、前記実施形態３に係る光情報記録再生装置６０７を具備しており、近接場光により記録再生のための情報層を持つ光記録媒体に安定に記録又は再生できるので、広い用途に使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係る光ピックアップ、及び光情報記録再生装置は、開口数が１を超えるようなＳＩＬレンズを使って複数の情報記録面を有する光記録媒体に高密度で、安定した情報の記録または再生が可能になる。よって、この応用機器である大容量の光ディスクレコーダやコンピュータ用メモリ装置などに利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０１    半導体レーザ
１０２，５０１    回折格子
１０３    コリメートレンズ
１０４    ビームスプリッタ
１０５    ビームエキスパンダ
１０５ａ    レンズ
１０５ｂ    レンズ
１０５ｃ    アクチュエータ
１０６    ビームスプリッタ
１０７    １／４波長板
１０８    対物レンズ系
１０８ａ    絞りレンズ
１０８ｂ    ＳＩＬ
１０９    検光子
１１０    検出レンズ
１１１    光検出器
１２０    検出レンズ
１２１    光検出器
２００    光ディスク
３０１    メインビーム
３０２ａ〜ｄ    サブビーム
４０１，４０２ａ〜ｄ    受光領域
５０２    コリメートレンズ系
５０２ａ    コリメートレンズ
５０２ｂ    アクチュエータ
５０３    ビームスプリッタ
５１０    検出レンズ
５１１    光検出器
６０１    駆動装置
６０２    光ピックアップ
６０３    電気回路
６０４    モータ
６０５    ターンテーブル
６０６    クランパー
６０７    光情報記録再生装置
６０８    演算装置
６０９    コンピュータ
６１０    出力装置
６１１    キーボード
６１２    マウス
６１３    記録信号処理回路
６１４    再生信号処理回路
６１５    光ディスクレコーダ
【図１】
2013101726.tif 000003
【図２】
2013101726.tif 000004
【図３】
2013101726.tif 000005
【図４】
2013101726.tif 000006
【図５】
2013101726.tif 000007
【図６】
2013101726.tif 000008
【図７】
2013101726.tif 000009
【図８】
2013101726.tif 000010
【図９】
2013101726.tif 000011
【図１０】
2013101726.tif 000012
【図１１】
2013101726.tif 000013
【図１２】
2013101726.tif 000014
【図１３】
2013101726.tif 000015
【図１４】
2013101726.tif 000016
【図１５】
2013101726.tif 000017