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図面 (9)

課題

光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスク記録再生することができる光ヘッド装置を提供すること。

解決手段

光ヘッド装置100は、光源1と、光源1が出射した光束の一部を回折させてメインビームと2つのサブビームとで偏光状態が異なる3つのビームにする回折素子2と、光束を略平行光に変換するコリメータレンズ3と、コリメータレンズ3からのビーム及び光ディスク6からの戻り光反射して光検出器8に導くビームスプリッタ4と、3つのビームを集光する対物レンズ5と、3つのビームの戻り光を光検出器8に集光するコリメータレンズ7と、3つのビームの戻り光を検出する光検出器8とを備える。

概要

背景

従来の光ディスクには、情報記録層単層単層光ディスクと、複数層ある複数層光ディスクとがある。例えば2層の記録層を有する2層光ディスクにおいて情報の記録再生を行うときに、トラッキング方式として、光源からの光を回折素子で0次回折光及び±1次回折光の3つのビームに分離し、±1次回折光を用いて3ビーム法や作動プッシュプルDPP)法が採用される。このとき、分離された光の光量比−1次:0次:+1次は、例えば1:10以上:1、すなわち、0次回折光の光量を±1次回折光の光量よりも大きくすることが、光利用効率的に有利である。

また、記録再生時において、光検出器に戻る光は、対物レンズ焦点に位置した層のみならず、隣接した層からも影響を受ける。光ディスクの規格で定める層間間隔は、光ディスクの情報に層間クロストークが影響を与えない間隔で決定されるので、光ピックアップでは、このような層間クロストークがサーボ信号に影響を与えないような構成にする必要がある。なお、本明細書で用いる「記録再生」という文言は、光ディスクに対する記録、再生、記録及び再生を総称するものである。

従来の光ヘッド装置における2層光ディスク再生時の光路の模式図を図7に示す。図7に示すように、2層光ディスクの光入射面から近い層をL1層、遠い層をL2層とすると、L1層の再生時に光検出器に受光される光L11に対し、L2層で反射された光L12は、その焦点が光L11より前方に位置する。一方、L2層の再生時に光検出器に受光される光L22に対し、L1層で反射された光L21は、その焦点が光L22より後方に位置する。

そのため、L1層の再生時においてL1層からの反射光は、回折素子で回折された0次回折光、±1次回折光がそれぞれ光検出器に集光されるが、この光に、L2層より反射された光が、光検出器上で焦点を結ばないため、ビーム径が大きく光密度は低いものの、迷光となる。

この迷光は、L1層からの0次回折光(メインビーム)に対しては、光検出器上では十分に低いが、もともとメインビームに比べて光量が1/10以下の±1次回折光(サブビーム)に対しては無視できない光量となる。したがって、従来の光ヘッド装置では、この迷光によりトラッキング性能劣化するという問題が生じていた。

この対策として、例えば特許文献1に示すような光ピックアップが提案されている。これは、図8に示すようなホログラム素子を光束中に配置し、光ディスクからの反射光の一部を回折し、サブビームの光検出器に照射される迷光を取り除くものである。

特開2005−203090号公報

概要

光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる光ヘッド装置を提供すること。光ヘッド装置100は、光源1と、光源1が出射した光束の一部を回折させてメインビームと2つのサブビームとで偏光状態が異なる3つのビームにする回折素子2と、光束を略平行光に変換するコリメータレンズ3と、コリメータレンズ3からのビーム及び光ディスク6からの戻り光を反射して光検出器8に導くビームスプリッタ4と、3つのビームを集光する対物レンズ5と、3つのビームの戻り光を光検出器8に集光するコリメータレンズ7と、3つのビームの戻り光を検出する光検出器8とを備える。

目的

本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる光ヘッド装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

光源と、透過型回折素子と、前記回折素子からの出射光光記録媒体上に集光させる対物レンズと、前記対物レンズによって集光され前記光記録媒体により反射された光を検出する光検出器とを備え、前記光記録媒体に対して情報の記録再生を行う光ヘッド装置において、前記回折素子からの出射光は、0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光を含む回折光に分離され、前記0次回折光と他の回折光とでは偏光状態が異なることを特徴とする光ヘッド装置。

請求項2

前記回折素子は、入射する光の偏光方向によって回折効率の異なる偏光回折格子で構成されている請求項1記載の光ヘッド装置。

請求項3

前記偏光回折格子は、互いに直交する2つの直線偏光の偏光方向により回折効率が異なり、回折効率の高い偏光方向の光に対する1次回折効率η1Hと回折効率の低い偏光方向の光に対する1次回折効率η1Lとの比η1H/η1Lが5以上であり、回折効率の低い偏光方向の光に対する0次回折効率η0Lと回折効率の高い偏光方向の光に対する0次回折効率η0Hとの比η0L/η0Hが5以上である請求項2記載の光ヘッド装置。

請求項4

前記偏光回折格子に入射する光の偏光状態が、前記回折効率の高い偏光方向の成分と、前記回折効率の低い偏光方向の成分との両方を有している請求項2又は3記載の光ヘッド装置。

請求項5

基準化ストークスパラメータを(S0k=1,S1k,S2k,S3k)と表すとき、前記回折素子による0次回折光及び±1次回折光のそれぞれの基準化ストークスパラメータ(1,S10,S20,S30)と(1,S11,S21,S31)との間に、式(1)の関係が成立している請求項1から4までのいずれか1項記載の光ヘッド装置。(S10−S11)2+(S20−S21)2+(S30−S31)2≧2(1)

請求項6

前記回折素子と前記光記録媒体との間の光路中に、前記0次回折光以外の回折光に対して作用し、前記0次回折光以外の回折光の波面形状を変化させる偏光位相差発生素子を配置する請求項1から5までのいずれか1項記載の光ヘッド装置。

技術分野

0001

本発明は、例えばCD、DVD等の光記録媒体(以下「光ディスク」という。)に対して記録再生を行うときに回折格子切り替える必要のある光ヘッド装置に関する。

背景技術

0002

従来の光ディスクには、情報記録層単層単層光ディスクと、複数層ある複数層光ディスクとがある。例えば2層の記録層を有する2層光ディスクにおいて情報の記録再生を行うときに、トラッキング方式として、光源からの光を回折素子で0次回折光及び±1次回折光の3つのビームに分離し、±1次回折光を用いて3ビーム法や作動プッシュプルDPP)法が採用される。このとき、分離された光の光量比−1次:0次:+1次は、例えば1:10以上:1、すなわち、0次回折光の光量を±1次回折光の光量よりも大きくすることが、光利用効率的に有利である。

0003

また、記録再生時において、光検出器に戻る光は、対物レンズ焦点に位置した層のみならず、隣接した層からも影響を受ける。光ディスクの規格で定める層間間隔は、光ディスクの情報に層間クロストークが影響を与えない間隔で決定されるので、光ピックアップでは、このような層間クロストークがサーボ信号に影響を与えないような構成にする必要がある。なお、本明細書で用いる「記録再生」という文言は、光ディスクに対する記録、再生、記録及び再生を総称するものである。

0004

従来の光ヘッド装置における2層光ディスク再生時の光路の模式図を図7に示す。図7に示すように、2層光ディスクの光入射面から近い層をL1層、遠い層をL2層とすると、L1層の再生時に光検出器に受光される光L11に対し、L2層で反射された光L12は、その焦点が光L11より前方に位置する。一方、L2層の再生時に光検出器に受光される光L22に対し、L1層で反射された光L21は、その焦点が光L22より後方に位置する。

0005

そのため、L1層の再生時においてL1層からの反射光は、回折素子で回折された0次回折光、±1次回折光がそれぞれ光検出器に集光されるが、この光に、L2層より反射された光が、光検出器上で焦点を結ばないため、ビーム径が大きく光密度は低いものの、迷光となる。

0006

この迷光は、L1層からの0次回折光(メインビーム)に対しては、光検出器上では十分に低いが、もともとメインビームに比べて光量が1/10以下の±1次回折光(サブビーム)に対しては無視できない光量となる。したがって、従来の光ヘッド装置では、この迷光によりトラッキング性能劣化するという問題が生じていた。

0007

この対策として、例えば特許文献1に示すような光ピックアップが提案されている。これは、図8に示すようなホログラム素子を光束中に配置し、光ディスクからの反射光の一部を回折し、サブビームの光検出器に照射される迷光を取り除くものである。

0008

特開2005−203090号公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、特許文献1に示されたものでは、L2層からの迷光のみならず、本来情報を読み出したいL1層からの光もホログラム素子で回折することになり、光検出器に入る信号光強度も低下してしまうという問題があった。

0010

本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる光ヘッド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

0011

本発明の光ヘッド装置は、光源と、透過型の回折素子と、前記回折素子からの出射光を光記録媒体上に集光させる対物レンズと、前記対物レンズによって集光され前記光記録媒体により反射された光を検出する光検出器とを備え、前記光記録媒体に対して情報の記録再生を行う光ヘッド装置において、前記回折素子からの出射光は、0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光を含む回折光に分離され、前記0次回折光と他の回折光とでは偏光状態が異なる構成を有している。

0012

この構成により、メインビームである0次回折光とサブビームである±1次回折光の偏光状態が異なることで、光ディスクの読み出したい記録層から反射光のサブビームの偏光状態と、迷光となる記録層からの強度の大きなメインビームの偏光状態とが異なることで、この2つの光の干渉性が低減される。その結果、複層ディスク層間隔波長が変化して2つの光の干渉条件が変化することにより生じるトラッキング信号強度変化によるトラッキング性能の低下を抑制することができる。

0013

また、本発明の光ヘッド装置は、前記回折素子が、入射する光の偏光方向によって回折効率の異なる偏光回折格子で構成されている。

0014

この構成により、回折素子の回折効率が偏光状態によって異なることにより0次回折光と1次回折光の偏光状態を異なるようにすることができる。

0015

さらに、本発明の光ヘッド装置は、前記偏光回折格子は、互いに直交する2つの直線偏光の偏光方向により回折効率が異なり、回折効率の高い偏光方向の光に対する1次回折効率η1Hと回折効率の低い偏光方向の光に対する1次回折効率η1Lとの比η1H/η1Lが5以上であり、回折効率の低い偏光方向の光に対する0次回折効率η0Lと回折効率の高い偏光方向の光に対する0次回折効率η0Hとの比η0L/η0Hが5以上である構成を有している。

0016

この構成により、偏光回折格子の偏光状態の選択的回折がより効果的に行われるために、0次回折光と1次回折光の偏光状態をより簡便に異なるようにできる。

0017

さらに、本発明の光ヘッド装置は、前記偏光回折格子に入射する光の偏光状態が、前記回折効率の高い偏光方向の成分と、前記回折効率の低い偏光方向の成分との両方を有している構成である。

0018

この構成により、偏光回折格子に入射する偏光成分のうち偏光回折格子の回折効率の高い偏光成分を1次回折光とし、回折効率の低い偏光成分を0次回折光とすることができ、0次回折光と1次回折光の偏光状態を明確に分離でき好ましい。

0019

さらに、本発明の光ヘッド装置は、基準化ストークスパラメータを(S0k=1,S1k,S2k,S3k)と表すとき、前記回折素子による0次回折光及び±1次回折光のそれぞれの基準化ストークスパラメータ(1,S10,S20,S30)と(1,S11,S21,S31)との間に、式(1)の関係が成立している構成を有している。

0020

この構成により、0次回折光と1次回折光の偏光状態のうち干渉する成分が小さくなり、2つの光の干渉によるトラッキング性能の低下をさらに抑制することができる。

0021

また、式(2)、さらに式(3)で示された関係とすることで、さらに干渉性を低減できて好ましい。さらに、式(4)で示された関係とすることで、干渉性が非常に小さくなり好ましい。さらに、式(5)で示された関係とすることで、完全に干渉性が無くなり最も好ましい。

0022

(S10−S11)2+(S20−S21)2+(S30−S31)2 ≧ 2.5 (2)

0023

(S10−S11)2+(S20−S21)2+(S30−S31)2 ≧ 3 (3)

0024

(S10−S11)2+(S20−S21)2+(S30−S31)2 = 4 (4)

0025

(S10−S11)2+(S20−S21)2 = 4, S30=S31=0 (5)

0026

さらに、本発明の光ヘッド装置は、前記回折素子と前記光記録媒体との間の光路中に、前記0次回折光以外の回折光に対して作用し、前記0次回折光以外の回折光の波面形状を変化させる偏光位相差発生素子を配置する構成を有している。

0027

この構成により、次のような効果が得られる。一般に、対物レンズに対してメインビームは垂直に入射されるが、サブビームは斜めに入射される。そのため、対物レンズの軸外非点収差がサブビームのみに発生してしまい、トラッキング性能を劣化させる。そこで、回折素子と光記録媒体との間の光路中に偏光位相差発生素子を配置することにより、1次回折光などの回折光のみ位相差面内分布を発生させ、サブビームのみ波面形状を変化させることができる。つまり、回折光のみ非点収差を発生させることで、対物レンズの軸外光の非点収差を補正することができ、トラッキング性能が向上するので好ましい。

発明の効果

0028

本発明は、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができるという効果を有する光ヘッド装置を提供することができるものである。

発明を実施するための最良の形態

0029

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。

0030

図1は、本実施の形態に係る光ヘッド装置100の概念的な構成を示す図である。図1において、光ヘッド装置100は、所定の波長の光束を出射する光源1と、光源1が出射した光束の一部を回折させてメインビームと2つのサブビームとで偏光状態が異なる3つのビームにする回折素子2と、入射された光束を略平行光に変換するコリメータレンズ3と、コリメータレンズ3から出射した上記3つのビームを透過させると共に、光ディスク6の情報記録面6aから反射して戻ってくる3つのビームの戻り光を反射して光検出器8に導くビームスプリッタ4と、上記3つのビームを光ディスク6の情報記録面6aに集光する対物レンズ5と、上記3つのビームの戻り光を光検出器8に集光するコリメータレンズ7と、上記3つのビームの戻り光を検出する光検出器8とを備える。

0031

光源1が出射した光束は、その一部が回折素子2で回折してメインビーム及び2つのサブビームからなる3つのビームになり、コリメータレンズ3、ビームスプリッタ4、対物レンズ5の順に透過し、光ディスク6の情報記録面6aに集光される。光ディスク6の情報記録面6aに集光された上記の3つのビームは、それぞれ、情報記録面6aで反射され、対物レンズ5を透過してビームスプリッタ4で反射され、コリメータレンズ7から光検出器8に入射される。

0032

ここで、光検出器8の出力信号は、光ディスク6の情報記録面6aに記録された情報の、読み取り信号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に用いられる。なお、光ヘッド装置100は、上記のフォーカスエラー信号に基づいてレンズ光軸方向に制御する機構フォーカスサーボ)と、上記のトラッキングエラー信号に基づいてレンズを光軸にほぼ垂直な方向に制御する機構(トラッキングサーボ)とを備えるが、図1に示す構成図では省略されている。

0033

光源1は、例えば、半導体レーザで構成され、波長650nm近傍の波長かつ直線偏光の発散光束を出射するようになっている。なお、上記では光源1が波長650nm近傍の波長の光束を出射するように構成されているものとしたが、本発明は、光源1が波長650nm近傍の波長の光束を出射する構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば400nm近傍の波長の光束、780nm近傍の波長の光束等を出射する構成でも、その他の波長の光束を出射する構成でもよい。ここで、400nm近傍、波長650nm近傍及び780nm近傍の波長とは、それぞれ、385nm〜430nm、630nm〜670nm及び760nm〜800nmの範囲にある波長を意味する。

0034

なお、光源1が2つ又は3つの波長の光束を出射する構成とし、同一パッケージ内の同一基板上に2個又は3個の半導体レーザチップマウントされた、所謂ハイブリッド型の2波長レーザ光源又は3波長レーザ光源をなすように、光源1が構成されるのでもよい。また、光源1は、互いに異なる波長を発光する2個の発光点を持ったモノリシック型の2波長レーザ光源(例えば、特開2004−39898号公報参照。)又は3個の発光点を持ったモノリシック型の3波長レーザ光源によって構成されるのでもよい。

0035

図2は、本実施の形態に係る光ヘッド装置100が備える回折素子2の構成例としての偏光回折格子を模式的に示す断面図である。

0036

回折素子2に入射した光は回折され、0次回折光、+1次回折光及び−1次回折光の3つのビームに分離され、その偏光状態が例えば図2に示すように、0次回折光25が紙面に平行方向で、±1次回折光24a及び24bが紙面に垂直な偏光状態とする。

0037

図2に示された回折素子2は、例えば、一対の透明基板21と、透明基板21上に格子状に設けられた複屈折性媒質22と、一対の透明基板21に挟持される領域に充填された等方性媒質23とを備える。

0038

透明基板21は、ガラスプラスティック等の複屈折性の無い透明な基板で構成されるのが好ましい。複屈折性媒質22としては、例えば液晶重合した高分子液晶が好ましいが、その他の単結晶などで構成してもよい。等方性媒質23は、複屈折の無い樹脂で構成されるのが好ましいが、例えばガラスで構成してもよい。

0039

この構成において、紙面に平行な偏光の光に対しての複屈折性媒質22の屈折率と、等方性媒質23の屈折率とを等しくし、紙面に垂直な偏光方向の屈折率が複屈折性媒質22と等方性媒質23とでΔnだけ異なるようにする。ここで、複屈折性媒質22及び等方性媒質23からなる凹凸格子(以下「凹凸格子部」という。)の深さ(高さ)dとΔnとの積Δn・dが、用いる波長λに対して概ね1/2になるように設定することが好ましい。

0040

前述のように構成された回折素子2において、紙面に平行な偏光成分の光に対しては、凹凸格子部の屈折率は等しいので、光はほとんど回折されずに透過し、0次回折光となる。これに対して紙面に垂直な偏光成分の光は、凹凸格子部でλ/2の位相回折格子の影響でほとんどの光が回折する。したがって、適当な偏光状態の光を入射することで、0次回折光及び±1次回折光の偏光状態を変えることができる。

0041

このように、紙面に垂直な偏光方向と平行な偏光の光では、偏光回折素子の回折効率が異なる。偏光回折素子に入射する直線偏光の偏光方向を変えたとき、回折効率が最も高い偏光方向の光に対する、0次回折効率(透過率)及び1次回折効率をそれぞれη0H、η1Hとし、最も回折効率が低い偏光方向の光に対する0次回折効率(透過率)及び1次回折効率をそれぞれη0L、η1Lとしたとき、回折効率が高い、紙面に垂直な偏光の光に対して凹凸格子部でλ/2の位相差を持つ回折格子の±1次の回折効率η1Hは概ね40%ずつとなり、0次回折効率η0Hは概ね0%となる。一方、回折効率の低い、紙面に平行な偏光に対しては、凹凸格子部で位相差が概ね0となり、回折格子の±1次回折効率η1Lは概ね0%、0次回折効率(透過率)η0Lは概ね100%となる。つまり、計算上はη1H/η1L〜∞、η0L/η0H〜∞となり、偏光回折素子の回折効率の偏光依存性を大きくすることができる。この例は、η1H/η1L及びη0L/η0Hをそれぞれ最も大きくすることができる例の一つである。

0042

また、図2に例示した回折素子2における回折効率は、紙面に垂直な偏光成分の±1次回折効率が概ね40%となるため、入射する光の偏光状態を紙面に平行な成分が80%、垂直な成分が20%となるような偏光とすると、紙面に平行な偏光成分の光は、ほとんど全て0次回折光となり0次回折光の光量が80%となる。一方、紙面に垂直な偏光成分の光は、1次回折効率40%で回折されるため、±1次回折光の光量はそれぞれ0.4×0.2=0.08(8%)となる。したがって、0次回折光と1次回折光との比が80%/8%=10の回折効率比の回折素子2を実現することができる。

0043

上記のような入射偏光を実現する方法として、例えば直線偏光の偏光方向を紙面に垂直でも平行でもない斜め偏光(本例では紙面を基準として垂直方向に約27度傾いた偏光)を入射してもよいし、楕円偏光を入射することによっても実現することができる。

0044

例えば、斜めの直線偏光を実現する方法としては、光源1である半導体レーザの偏光方向が所定の角度になるよう半導体レーザを回転して設置する方法がある。このとき、半導体レーザの偏光方向の個体ばらつきや、温度変化により偏光方向の変化が生じることがある。入射光の偏光方向が所定の角度からずれると、回折効率比が変化してしまう場合がある。この対策として、光源1と回折素子2との間の光路中に例えば偏光ビームスプリッタを所定の角度に配置することが好ましい。偏光ビームスプリッタとしては、偏光方向により透過率の異なる偏光ビームスプリッタプリズムや、偏光方向により透過率の異なる吸収型偏光子を用いることができる。なお、前述の偏光ビームスプリッタプリズムを用いる場合は、素子サイズが比較的大きいことと、プリズム外形及び透過偏光方向を自由に選択することができないため、回折型偏光ビームスプリッタを用いることが好ましい。

0045

図3には、回折型偏光ビームスプリッタと回折格子とを一体にした回折素子2の構成例を示す。このように一体とすることで、別個で構成する場合よりも部品点数を減らすことができ、また、回折型偏光ビームスプリッタの透過する偏光方向と、回折格子に入射させたい光の偏光方向とを容易に高精度で合わせることができるため、回折効率比の精度を高めることができるので好ましい。

0046

図3に示された回折素子2は、前述の図2で示したものと同様の透明基板21、複屈折性媒質22及び等方性媒質23に加え、回折型偏光ビームスプリッタとしての複屈折性媒質27からなる格子が積層されたものである。複屈折性媒質27が透過させる光の偏光方向(本例では紙面基準で垂直方向に約27度)に対する複屈折性媒質27の屈折率を、等方性媒質23とほぼ等しくし、それと直交する偏光方向では屈折率差が生じるように設定する。この設定により、約27度の偏光の光に対しては透過し、それと直交する偏光方向の光に対しては0次透過率を小さくするよう回折させることができる。その結果、複屈折性媒質27を透過した光は、ほぼ27度方向の直線偏光となり、回折格子に入射する偏光方向を安定させることができるので好ましい。ここで、複屈折性媒質27で回折された、不要な偏光成分の光は対物レンズ5に到達しないように設定することができる。

0047

さらに、図4に示すように、偏光方向回転手段28を積層して回折素子2を構成することも可能である。偏光方向回転手段28を積層することにより、光源1を構成する半導体レーザの出射偏光方向を回転することなく、所望の偏光方向の光を得ることができる。偏光方向回転手段28としては、例えば1/2波長板や、ツイストされた高分子液晶素子を用いることができる。

0048

次に、光検出器8の受光面上における光の集光状態について図5を用いて説明する。図5は、光検出器8の受光面上における光の集光状態の一例を模式的に示したものである。

0049

図5において、光検出器8の受光面は、複数の受光エリア51、52及び53を有し、その受光エリア内に記録又は再生したい光ディスク記録層からの光が、集光スポット55、56及び57を形成している状態が示されている。ここで、集光スポット56は回折素子2から出射された0次回折光(メインビーム)に相当し、集光スポット55及び57は、±1次回折光(サブビーム)に相当する。また、集光スポット58は、迷光となる光ディスクの記録層からの反射光の集光スポットを示し、光検出器8の受光面上ではデフォーカス状態となっており、図5に示すような大きな半径を有する。

0050

迷光の集光スポット58は、受光エリア51、52及び53にかかり、集光スポット55、56及び57の光と干渉してノイズとなる。特に、サブビームは前述のように光量がメインビームに比べて10分の1以下と小さいので、従来、この迷光の干渉の影響が特に大きくトラッキング性能の低下を導いていた。また、迷光の干渉の影響により、光ディスクの層間間隔や波長が変動すると、それぞれの層からの光の干渉条件が変化するので、特に問題となっていた。

0051

前述のように、本実施の形態に係る回折素子2を用いることで、0次回折光と1次回折光の偏光状態を異なるようにすることができる。また、迷光の集光スポット58も回折素子2から出射される0次回折光と1次回折光との重ね合わせであるが、光量的には1次回折光に比べて0次回折光が10倍以上大きいので、この迷光の偏光状態は概ね0次回折光の偏光状態に等しいと考えて実質的に問題は無い。

0052

つまり、本実施の形態に係る回折素子2を用いることで、サブビームの集光スポット55及び57の偏光状態と、迷光の集光スポット58の偏光状態とを異なるようにすることができる。偏光状態の異なる光は、干渉性が低下するため、本実施の形態に係る光ヘッド装置100は、サブビームとサブビームの迷光との干渉によるトラッキング性能の低下を抑制することができる。

0053

以上のように偏光回折素子は、メインビームとサブビームとの偏光状態が異なることによりトラッキング性能の低下を抑制することができる。そのため、メインビームの偏光が偏光回折素子の回折効率が低い偏光方向の0次透過光(η0Lに対応)が支配的とし、サブビームの偏光が偏光回折素子の回折効率が高い偏光方向の1次回折光(η1Hに対応)が支配的とすることが好ましい。

0054

そのために、偏光回折素子の回折効率の偏光依存性を式(6)及び(7)とすることで、メインビームとサブビームの偏光状態が概ね直交する直線偏光とすることができ、2つの光の干渉を抑制できるので好ましい。

0055

η0L/η0H ≧ 5 (6)

0056

η1H/η1L ≧ 5 (7)

0057

さらに好ましくは、式(8)及び(9)とすることで、さらに効果が増すので好ましい。

0058

η0L/η0H ≧ 10 (8)

0059

η1H/η1L ≧ 10 (9)

0060

なお、以上の記載において、説明を簡単にするため、0次回折光と1次回折光の偏光方向を図2に示すように、それぞれ、紙面に平行及び垂直としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、0次回折光を右回り円偏光とし、1次回折光を左回り円偏光や楕円偏光、又はその他の偏光状態としてもよい。

0061

次に、0次回折光と1次回折光の偏光状態を表すために、ストークスパラメータを用いて説明する。なお、ストークスパラメータの詳細な説明は、例えば培風発行応用光学2」第5−3章「偏光の表記」に記されている。ここでは、ストークスパラメータについて簡単に説明する。

0062

z方向に進む光を、z方向に対して垂直な面内に(x,y)座標系を選んだとき、x、y成分の光Ex、Eyを次式で表すこととする。

0063

Ex=Ax・exp{i(ωt−kz+δx)} (10)

0064

Ey=Ay・exp{i(ωt−kz+δy)} (11)

0065

ここで、ωは角周波数、kは波数ベクトル、δx、δyはそれぞれx、y方向の光の位相、Ax、Ayはそれぞれx、y方向の電場振幅を示す。

0066

偏光状態は4つのパラメータであるストークスパラメータ(S0,S1,S2,S3)によって表すことができる。

0067

S0=<Ax2>+<Ay2> (12)

0068

S1=<Ax2>−<Ay2> (13)

0069

S2=2<Ax・Ay・cosδ> (14)

0070

S3=2<Ax・Ay・sinδ> (15)

0071

ここで、δ=δy−δxとし、記号"< >"は十分に長い時間の平均値を示す。

0072

S0は光強度を表すパラメータなので、S0で規格化した基準化ストークスパラメータによって、光の偏光状態を表すことができる。つまり、基準化ストークスパラメータは、次のように表される。

0073

S0k={<Ax2>+<Ay2>}/{<Ax2>+<Ay2>}=1 (16)

0074

S1k={<Ax2>−<Ay2>}/{<Ax2>+<Ay2>} (17)

0075

S2k=2<Ax・Ay・cosδ>/{<Ax2>+<Ay2>} (18)

0076

S3k=2<Ax・Ay・sinδ>/{<Ax2>+<Ay2>} (19)

0077

以下、S0=1と規格化した基準化ストークスパラメータを用いて表記する。

0078

0次回折光と1次回折光の偏光状態を、それぞれ(1,S10,S20,S30)と(1,S11,S21,S31)としたとき、式(15)に示された関係であると、2つの偏光状態の光の干渉性を半分以下にすることができるので好ましい。

0079

(S10−S11)2+(S20−S21)2+(S30−S31)2 ≧ 2 (20)

0080

さらに、式(16)に示された関係が好ましい。

0081

(S10−S11)2+(S20−S21)2+(S30−S31)2 ≧ 2.5 (21)

0082

さらに、式(17)に示された関係とすることで、干渉性を大きく抑制できるので好ましい。

0083

(S10−S11)2+(S20−S21)2+(S30−S31)2 ≧ 3 (22)

0084

さらに、式(23)に示された関係とすることで、干渉性を非常に小さく抑制できるので好ましい。

0085

(S10−S11)2+(S20−S21)2+(S30−S31)2 = 4 (23)

0086

最も好ましくは、式(24)に示された関係とすることで完全に干渉を抑制することができる。

0087

(S10−S11)2+(S20−S21)2 = 4, S30=S31=0 (24)

0088

具体的には、例えば(1,S10,S20,S30)=(1,1,0,0)と(1,S11,S21,S31)=(1,−1,0,0)のように直線偏光が直交した2つの偏光の組み合わせの場合や、(1,S10,S20,S30)=(1,0,0,1)と(1,S11,S21,S31)=(1,0,0,−1)のように円偏光の回転方向が左右逆周りの場合などがある。

0089

次に、回折素子2と光ディスク6との間の光路中に回折光の偏光の光束に対してのみ、波面形状を変化させる偏光位相差発生素子を配置する例について説明する。なお、回折光には、透過光である0次回折光は含まれない。

0090

一般に、対物レンズに対してメインビームは垂直に入射されるが、サブビームは斜めに入射される。そのため、対物レンズの軸外の非点収差がサブビームのみに発生してしまう。非点収差を持ったサブビームは、光ディスク上での集光特性が劣化し、トラッキング性能を劣化させる。この対策として、サブビームの偏光にのみ作用し位相差の面内分布を発生させることで、サブビームのみ波面形状を変化させることができる。つまり、回折光のみ非点収差を発生させることで、対物レンズの軸外光の非点収差を補正することができ、トラッキング性能を向上させることができるので好ましい。

0091

変化させる波面形状としては、非点収差以外にも球面収差フォーカス成分コマ収差等があり、さまざまな収差発生が可能であるが、ここでは、説明を簡単にするために非点収差発生方法について説明する。

0092

図6(a)は、本実施の形態に係る偏光位相差発生素子の構成例を模式的に示す図である。

0093

図6(a)に示された偏光位相差発生素子は、一対の透明基板61に複屈折性媒質62が格子状に設けられ、一対の透明基板61に挟持される領域に充填された等方性媒質63を備えた構成となっている。透明基板61はガラスやプラスティックなど複屈折性の無い透明な基板が好ましい。複屈折性媒質62としては、液晶を重合した高分子液晶などが好ましいが、その他の単結晶でもよい。等方性媒質63としては、複屈折の無い樹脂が好ましいが例えばガラスでもよい。

0094

この構成において、回折素子2で回折された偏光方向が図2に示すように紙面に垂直な場合、紙面に平行な偏光の光に対しての複屈折性媒質62の屈折率と等方性媒質63の屈折率を等しくし、紙面に垂直な偏光方向の屈折率が複屈折性媒質62と等方性媒質63でΔnだけ異なるようにする。この構成により、サブビームの偏光方向の光にのみ複屈折性媒質62の形状に対応し、透過光の波面形状が変化し、メインビームの光に対しては波面形状の変化は生じない。

0095

例えば、複屈折性媒質62と等方性媒質63とからなる凹凸格子をシリンドリカルホログラム回折格子とすることでサブビームにのみ非点収差を発生させることができる。なお、ホログラム回折格子に代えて例えば位相段差を設ける構成としてもよい。

0096

回折格子の回折光であるサブビームの波面を変化させることは、回折格子のストライプ方向を直線格子ではなく湾曲させるホログラムとすることによっても可能である。しかしながら、この方法では、回折素子2から出射される±1次回折光では波面の形状が反転してしまう。例えば+1次回折光に対して凸レンズ的に作用するホログラムの場合、−1次回折光は凹レンズ的に作用してしまう。これに対し、図6(a)に示された偏光位相差発生素子を備えた構成では、±1次回折光に対して同じ様に波面形状を変化させることができるので好ましい。

0097

さらに、図6(b)に示すように、対物レンズ変位時に発生するDPP信号の劣化を防ぐために、サブビームの波面に位相段差64を発生させることでレンズ変位時のトラッキング性能劣化を防ぐことができるので好ましい。

0098

また、偏光位相差発生素子の波面を変化させる偏光方向と、回折素子2の回折格子の偏光方向とがずれると0次回折光の波面も若干変化してしまうので、2つの偏光方向は精度よく合わせる必要がある。

0099

なお、図6(a)及び(b)に示された偏光位相差発生素子を回折素子2と一体とすることで部品点数を削減することができ、偏光位相差発生素子に入射する偏光状態を精度よく合わせることができるので好ましい。

0100

以上のように、本実施の形態に係る光ヘッド装置100によれば、回折素子2を透過した出射光は0次回折光及び±1次回折光を含む光束に分離され、0次回折光とその他の回折光とでは偏光状態が異なる構成としたので、複層ディスクに対する記録再生時のトラッキング性能を向上させることができ、光検出器8への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができる。

0101

また、本実施の形態に係る光ヘッド装置100によれば、回折光の偏光の光に対して波面形状を変更する偏光位相差発生素子をさらに備えることにより、例えばトラックピッチが互いに異なる光ディスクの記録再生においても精度よくトラッキングを行うことができる。

0102

以上のように、本発明に係る光ヘッド装置は、光検出器への信号強度を低下させることなく複層光ディスクを記録再生することができるという効果を有する光ヘッド装置等として有用である。

図面の簡単な説明

0103

本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の概念的な構成を示す図
本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の回折素子の構成例を模式的に示す断面図
本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の回折素子の構成例を模式的に示す断面図
本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の回折素子の構成例を模式的に示す断面図
本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の光検出器が受光する集光スポットの一例を示す模式図
本発明の一実施の形態に係る光ヘッド装置の偏光位相差発生素子の構成例を模式的に示す断面図
二層光ディスク再生時の光路の模式図
光ディスクからの反射光の一部を回折する従来のホログラム素子の模式図

符号の説明

0104

1光源
2回折素子
3、7コリメータレンズ
4ビームスプリッタ
5対物レンズ
6光ディスク
6a情報記録面
8光検出器
21 透明基板
22複屈折性媒質
23等方性媒質
24a +1次回折光
24b −1次回折光
25 0次回折光
27 複屈折性媒質
28偏光方向回転手段
51、52、53受光エリア
55メインビームの集光スポット
56、57サブビームの集光スポット
58迷光となる反射光の集光スポット
61 透明基板
62 複屈折性媒質
63 等方性媒質
64位相段差
100 光ヘッド装置

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