JP2011060381A - 光ピックアップ装置および光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカス誤差信号検出方式やトラッキング誤差信号検出方式に依存しない構成で光ディスクの層数判別、層間フォーカスジャンプが可能なフォーカス誤差信号および、ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差を検出した球面収差補正信号を得る。
【解決手段】光ピックアップ装置は、少なくとも２つ以上の領域に分けられた光束制限素子を搭載する。光束制限素子の少なくとも１つ以上の領域は、有効光束よりも小さい領域であり、前記光ディスクのディスク判別、もしくは層数の検出、もしくは他の層へのフォーカスジャンプもしくは球面収差補正を行なうときには有効光束よりも小さい領域の透過率を小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置および光ディスク装置に関する発明である。

本技術分野の背景技術として、例えばＷＯ２００５／１１７００３公報（特許文献１）がある。本公報には「対物レンズを光軸方向に移動させるなどして集光スポットを光ディスクの各記録層に対してスキャンさせると、各記録層での焦点ずれ検出信号波形を連続的に検出できるので、それらの振幅レベルや波形の数を検知して光ディスクの種類判別を行なうことができる。しかし、上記のような球面収差が存在すると、球面収差の大きさによって焦点ずれ検出信号の振幅が変化するので、光ディスクの種類判別にミスが生じやすい。また、仮に焦点ずれ検出信号が検出できて、その焦点ずれ検出信号をもとにフォーカスサーボを動作させたとしても、焦点ずれ検出信号の劣化の度合いによっては、サーボゲインなどの回路条件が最適値から外れてしまい、フォーカスサーボ動作が不安定になる他、サーボ動作点が変動して光ディスク上での焦点ずれが大きく発生してしまうことが有り得る。また、光ディスク上での焦点ずれが大きくなれば、さらに記録マークやトラック案内溝による変調信号が劣化して、再生記録性能やシーク性能に悪影響を及ぼす。また、フォーカスサーボ動作に入る前に球面収差の検出及び補正を完了できれば、上記問題を回避できるが、たとえ球面収差補正が可能な光学構成であっても、多層記録ディスクのすべての層に対して同時に最適な球面収差を与えることは不可能である。また、目標とする球面収差の補正を正確に且つ俊敏に行なうのは困難であるため、各記録層に対して球面収差補正を随時行なって正しい焦点ずれ検出信号を得たとしても、光ディスクの種類判別や再生記録動作までの動作に多くの時間を要してしまう。」とあり、解決手段として「本発明に係る光ヘッド装置は、光束を放射する光源と、前記光束を光ディスク上に集光する集光手段と、前記集光手段によって集光される光束により形成される集光スポットの焦点位置を前記光ディスクの記録面に垂直な方向に移動させる集光スポット移動手段と、前記集光手段によって集光され前記光ディスクから反射される光束を複数の分割光束に分割する光束分割手段と、複数の分割受光領域から構成される受光部を１つ以上含み、前記複数の分割受光領域のそれぞれに入射した前記分割光束の光量に応じた電気信号又は前記複数の分割受光領域のそれぞれに入射した前記分割光束の光量の組み合わせに応じた電気信号を出力する光検知手段とを有し、前記光束分割手段により分割された前記複数の分割光束は、１つの円形状光束又は１対の半円形状光束と、前記円形状光束又は前記半円形状光束の外側の光束である少なくとも２つの輪帯状光束又は少なくとも２対の半輪帯状光束とを含むことを特徴としている。」と記載されている。

ＷＯ２００５／１１７００３公報

光ピックアップ装置においては、光ディスク上のスポットを小さくすることで高密度光ディスクの記録／再生を可能としている。例えば、ＢＤなどでは、ディスク上のスポットを小さくするために、ＤＶＤに対して短波長のレーザや高開口数（以下、ＮＡと呼ぶ）の対物レンズを採用している。ところが、対物レンズのＮＡが大きくなると光ディスクのカバー層の厚み誤差による球面収差が大きく発生する。特に、多層ディスクなどでは、記録／再生を行なう層以外の層において球面収差が大きく発生するため、球面収差が発生している層のフォーカス誤差信号が劣化してしまう。このため、例えばディスク判別や層間のフォーカスジャンプなどに課題がある。

これに対し、特許文献１では光ディスクで反射した光束をホログラム素子により、複数の領域に分割して検出している。これにより、球面収差に影響しにくいフォーカス誤差信号を検出することが可能となっている。ところが、特許文献１の構成は、ディスクで反射した光束をホログラム素子で分割し、分割された光束をそれぞれ検出する構成であるため光学系が複雑となってしまう。また、トラッキング誤差信号検出方式が限定されてしまう課題がある。さらに、フォーカス誤差信号を複数出力することが必須であるため、出力ピン数が多くなることが課題となる。

本発明は、フォーカス誤差信号検出方式やトラッキング誤差信号検出方式に依存しない構成で特許文献１での課題である光ディスクの層数判別、層間フォーカスジャンプが可能なフォーカス誤差信号、球面収差補正信号を得ることができる光ピックアップ装置およびこれを搭載した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、一例として、特許請求の範囲に記載の発明によって達成できる。

本発明によれば複数の情報記録面を有する情報記録媒体を記録／再生する場合に、短時間でディスク判別が行なえ、または、球面収差補正が未完了であっても層間フォーカスジャンプを実施可能なフォーカス誤差信号を検出する光ピックアップ装置およびこれを搭載した光ディスク装置を提供することができる。

実施例１における本発明の光学系を説明する図である。 実施例１における本発明の光束制限素子を示す図である。 実施例１における本発明と従来方式のフォーカス誤差信号を比較する図である。 実施例１における球面収差補正信号について説明する図である。 実施例１における球面収差補正の信号検出方法を説明する図である。 実施例１における球面収差補正方法を説明する図である。 実施例１における本発明の他の光束制限素子を示す図である。 実施例２における本発明の光学系を説明する図である。 実施例２における本発明の偏光可変素子を示す図である。 実施例２における本発明の他の偏光可変素子を示す図である。 実施例３における光学的再生装置を説明する図である。 実施例４における光学的記録再生装置を説明する図である。

図１は本発明の第１の実施例に係る光ピックアップ装置の光学系を示したものである。

半導体レーザ５０からは、波長略４０５ｎｍの光束が発散光として出射される。半導体レーザ５０から出射した光束は、回折格子１１で３つの光束に分岐される。分岐された光束は、ビームスプリッタ５２を反射し、コリメートレンズ５１により略平行な光束に変換される。コリメートレンズ５１を透過した３つの光束はビームエキスパンダ５４に入射する。ビームエキスパンダ５４は、光束の発散・収束状態を変えることで、光ディスク１００のカバー層の厚み誤差による球面収差を補正することに使用される。ビームエキスパンダ５４を出射した光束は立ち上げミラー５５を反射、１／４波長板５６、光束制限素子５３を透過後、アクチュエータ５（図示せず）に搭載された対物レンズ２により光ディスク１００（図示せず）上に集光される。

光ディスク１００を反射した光束は、対物レンズ２、光束制限素子５３、１／４波長板５６、立ち上げミラー５５、ビームエキスパンダ５４、コリメートレンズ５１、ビームスプリッタ５２、検出レンズ５７を経て光検出器１０に入射する。このとき、検出レンズ５７によって所定の非点収差が与えられるため、非点収差方式によるフォーカス誤差信号、ＤＰＰ方式によるトラッキング誤差信号を検出できる構成となっている。ここで、フォーカス検出方式の非点収差法および、トラッキング誤差信号のＤＰＰ信号検出方式については公知であるため、説明を省略する。

図２は、光束制限素子５３の形状および電気特性を示している。光束制限素子５３は、領域Aと領域Bから構成されており、図２（ｂ）のように領域Ｂに電気信号を入力することで領域Ｂの透過率が低減する特性となっている。また、図２（ａ）のように領域Ｂに電気信号が入力されない場合は、全光束が透過する特性となっている。なお、図２の点線は、有効光束径を示している。

このような構成で、瞬時にディスク判別が行なえ、または球面収差補正が未完了であっても層間フォーカスジャンプを実施可能なフォーカス誤差信号を検出することができる理由について説明する。

まず、ＢＤの層間フォーカスジャンプを実施可能なフォーカス誤差信号が検出しにくい理由について説明する。ＢＤでは、高密度の記録／再生を実現するため、高ＮＡの対物レンズを採用している。ＢＤのような高ＮＡのシステムでは、カバー層の厚み誤差に伴う球面収差により記録／再生ができなくなる問題が発生する。
このため、ＢＤのシステムでは球面収差補正素子を搭載することにより記録／再生層で安定した記録／再生が行なえる構成となっている。本実施例では球面収差補正素子としてビームエキスパンダ５４を搭載している。ところが、フォーカス誤差信号に関して課題がある。フォーカス誤差信号は球面収差が最小となる層だけでなく、球面収差の発生する層も検出することで層数をカウントし、フォーカスジャンプしている。記録／再生層に球面収差補正を行なうと、非記録／再生層に関しては球面収差が発生してしまうため、非記録／再生層ではフォーカス誤差信号が劣化してしまう。このため、記録／再生層から非記録／再生層へのフォーカスジャンプを行なう際に、層の数をカウントすることができなくなり、結果として安定したフォーカスジャンプができなくなる課題がある。特に今後期待されている多層ディスクでは、複数の層数を検出することは非常に重要となる。

そこで、本発明では、図２に示す光束制限素子５３を搭載している。上記したように、光束制限素子５３は、素子内の領域Ｂは電気信号を入力することで透過率が低減する構成となっている。領域Ｂに電気信号を入力すると、領域Ａの光を主に透過するため実効的なＮＡが小さくなる。実効的なＮＡが小さくなると、発生する球面収差量が小さくなり、フォーカス誤差信号の劣化が小さくなる。これにより、層数のカウントを安定して行なうことができるようになる。図３（ａ）に、光束制限素子５３の領域Ｂに電気信号を入力した場合と図３（ｂ）に、光束制限素子５３の領域Ｂに電気信号を入力しない場合を示す。図３（ｂ）は、従来の構成と同じフォーカス誤差信号となる。

ここで、ＮＡは０．８５（ＢＤのＮＡ）、ディスクは４層ディスク、各層からの反射率は同じ、層間隔は１５マイクロメートル、領域Ａの径は有効径に対して５０％、電気信号が入力された場合の領域Ｂの透過率を０％、一番手前の層に球面収差補正した条件で計算した結果である。なお、１番手前の層が収束している位置をデフォーカス原点としている。また、フォーカス誤差信号は、一番手前の層の振幅で規格化している。

図３（ｂ）に示すように、球面収差を補正している層のフォーカス誤差信号振幅に対し、それ以外の層は劣化していることがわかる。それに対し、図３（ａ）に示す本発明は、球面収差によるフォーカス誤差信号の劣化が小さいことがわかる。このため、層数のカウントを安定して行なうことができる。また、安定して層数のカウントできることからディスク判別も安定して行なうことができることは言うまでもない。さらに、光ディスクを記録／再生しているときに、他の層にフォーカスジャンプをする際でも、光束制限素子５３の領域Ｂに電気信号を入力することで、目的の層を検出することが可能となる。例えば、一番手前の層から一番奥の層にフォーカスジャンプすることを考える。一番手前の層で球面収差が最適となっているため図３（ｂ）に示すように、一番手前の層のフォーカス誤差信号振幅が大きくなっている。この状態から、領域Ｂに電気信号を入力する。これにより、図３（ａ）に示すフォーカス誤差信号となる。この時、領域Bの信号が受光面に入射しなくなる分のフォーカス誤差信号振幅の減少に伴って、サーボ制御のゲインを変化させる、または半導体レーザ５０の出射光量を増加させるとサーボが安定する。ここから、球面収差が発生している目的の層にフォーカスジャンプを行なう。図３（ｂ）のような波形では、一番手前の層と一番奥の層のフォーカス誤差信号振幅差が大きすぎるため、安定してフォーカスジャンプが行なえない。それに対して、領域Ｂに電気信号を入力すると、一番手前の層と一番奥の層のフォーカス誤差信号振幅差が小さくなるため、安定してフォーカスジャンプを行なうことができる。フォーカスジャンプ後は、球面収差補正素子を駆動し、一番奥の層に球面収差を最適にする。この状態から、領域Ｂに電気信号を切断することで全光束のフォーカス誤差信号検出、トラッキング誤差信号検出、RF信号検出などを行なうことが可能となる。なお、領域Bの信号が受光面に入射する分のフォーカス誤差信号振幅の増幅に伴って、サーボ制御のゲインを変化させる、または半導体レーザ５０の出射光量を減少させるとサーボが安定する。この動作を行なうことでフォーカス制御をしたまま目的の層にフォーカスジャンプすることが可能となる。

次に、球面収差補正信号検出について説明する。まず、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生しない場合について説明する。図４（ａ）は領域Ｂに電気信号を入力した場合フォーカス誤差信号Ａ、領域Ｂに電気信号を入力しない場合のフォーカス誤差信号Ｉを示している。球面収差がない場合には、実効的なＮＡには依存しないため、フォーカス誤差信号Ａとフォーカス誤差信号Ｉのゼロクロス点は、ほぼ同じ点となる。

次に、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生する場合について説明する。図４（ｂ）は領域Ｂに電気信号を入力した場合フォーカス誤差信号Ａ、領域Ｂに電気信号を入力しない場合のフォーカス誤差信号Ｉを示している。上記したように、領域Ｂに電気信号を入力すると実効的なＮＡが小さくなるため、発生する球面収差量が小さくなり、フォーカス誤差信号の劣化が小さくなる。これに対して、領域Ｂに電気信号を入力しないと領域Ａの他に領域Ｂの光束が検出される。球面収差が発生すると領域Ａの波面に対し、領域Ｂの波面の方が空間的に進んでいる、または遅れているので、フォーカス誤差信号Ａとフォーカス誤差信号Ｉのゼロクロス点は異なる。この特性を利用して球面収差補正信号を検出する。

まず、フォーカス誤差信号Ａでサーボ制御を行なっているとする。このとき、同時にフォーカス誤差信号Ｉを検出することができない。ここで、ある一定時間だけ対物レンズをフォーカス方向に固定する。この一定時間の間に、領域Ｂに電気信号を入力する。このようにすると、フォーカス誤差信号Ｉの信号が検出される。本発明では、この信号を球面収差補正信号として検出する。

図５は、フォーカス誤差信号の時間変化を示している。図５（ａ）は、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生していない場合、図５（ｂ）は、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生する場合を示している。

もし、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生していない場合には、フォーカス誤差信号Ｉとフォーカス誤差信号Ａはほぼ同じセロクロス点になるため、対物レンズをフォーカス方向に固定した一定時間にフォーカス誤差信号にＤＣ信号は検出されない。それに対し、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生する場合には、フォーカス誤差信号Ｉとフォーカス誤差信号Ａはゼロクロス点が異なるため、対物レンズをフォーカス方向に固定した一定時間にフォーカス誤差信号にＤＣ信号が検出される。ここで、例えば図６のようにフォーカスサーボ制御と対物レンズのフォーカス方向に固定を繰り返し行ないながら、球面収差補正素子を駆動することによって球面収差を補正することが可能となる。

以上のように、光束制限素子を搭載し、領域Ｂに電気信号を入力することで安定した層数カウントが行なえる。また、これを利用したディスク判別や目的の層へのフォーカスジャンプを行なうことが可能となる。さらに、球面収差補正信号を検出することができるため、光ディスク装置の動作速度を向上することが可能である。それだけではなく、本発明はフォーカス誤差信号検出方式やトラッキング誤差信号にも依存しないため、例えば従来のピックアップ装置光学系に対して、光束制限素子を挿入するだけで同様の効果が得られる。また、それに伴って出力ピン数が増えることもない。

なお、ここでは領域Ａは円形であったがその他の形状（例えば四角形）であっても実効的なＮＡを小さくしているのであれば、同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施例では光束制限素子５３は立ち上げミラー５５と１／４波長板の間に配置したが、半導体レーザから対物レンズ間および対物レンズから光検出器間であればどこに配置しても同様の効果があることは言うまでもない。さらに、電気信号を入力したときの領域Ｂの透過率は領域Ａより小さければ同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施例では電気信号により光束を制限したが、物理的な遮光マスクを光路中に出し入れする構成であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、光束制限素子は、有効光束を制限する素子であるため領域Ｂは、回折素子／吸収素子／反射素子であっても問題ない。また、球面収差補正方式に関しては他の方式あっても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、例えば、図７のように領域Ａを領域Ｂと同様の特性とし、領域Ａのフォーカス誤差信号（領域Ａの電気信号入力なし、領域Ｂの電気信号入力ありの状態で検出したフォーカス誤差信号）と領域Ｂのフォーカス誤差信号（領域Ａの電気信号入力あり、領域Ｂの電気信号入力なしの状態で検出したフォーカス誤差信号）とで球面収差補正信号を検出しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、領域を複数に分割し、実効的なＮＡの異なる２つ以上のフォーカス誤差信号から上記方式で球面収差補正信号を検出しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

図８は本発明の第２の実施例に係る光ピックアップ装置の光学系を示したものである。実施例１との違いは光束制限素子５３が偏光可変素子１５３となっていることであり、それ以外は実施例１と同様の構成である。

半導体レーザ５０からは、波長略４０５ｎｍの光束が発散光として出射される。半導体レーザ５０から出射した光束は、回折格子１１で３つの光束に分岐される。分岐された光束は、ビームスプリッタ５２を反射し、コリメートレンズ５１により略平行な光束に変換される。コリメートレンズ５１を透過した３つの光束はビームエキスパンダ５４に入射する。ビームエキスパンダ５４は、光束の発散・収束状態を変えることで、光ディスク１００のカバー層の厚み誤差による球面収差を補正することに使用される。ビームエキスパンダ５４を出射した光束は立ち上げミラー５５を反射、１／４波長板５６、偏光可変素子１５３を透過後、アクチュエータ５（図示せず）に搭載された対物レンズ２により光ディスク１００（図示せず）上に集光される。

光ディスク１００を反射した光束は、対物レンズ２、偏光可変素子１５３、１／４波長板５６、立ち上げミラー５５、ビームエキスパンダ５４、コリメートレンズ５１、ビームスプリッタ５２、検出レンズ５７を経て光検出器１０に入射する。このとき、検出レンズ５７によって所定の非点収差が与えられるため、非点収差方式によるフォーカス誤差信号、ＤＰＰ方式によるトラッキング誤差信号を検出できる構成となっている。ここで、フォーカス検出方式の非点収差法および、トラッキング誤差信号のＤＰＰ信号検出方式については公知であるため、説明を省略する。

図９は、偏光可変素子１５３の形状および電気特性を示している。偏光可変素子１５３は、領域Ａと領域Ｂから構成されており、図９（ｂ）のように領域Ｂに電気信号を入力すると電気信号を入力した領域を透過した光束の偏光が入射した光束の偏光と異なる特性となる。例えば、領域Ｂに電気信号を入力した場合に領域Ｂは１／４波長板５６と同様の位相量、遅延軸の波長板となるとする。それに対し、図９（ａ）のように領域Ｂに電気信号を入力しない場合には領域Ｂは領域Ａと同じく、偏光の変化のない０波長板であるとする。なお、図９の点線は、有効光束径を示している。

このような構成で、瞬時にディスク判別が行なえ、または球面収差補正が未完了であっても層間フォーカスジャンプを実施可能なフォーカス誤差信号を検出することができる理由について説明する。

まず、偏光可変素子１５３は領域Ｂに電気信号を入力しない場合について説明する。半導体レーザ５０からはＳ偏光の直線偏光が出射される。Ｓ偏光の光束は回折格子１１を透過し、ビームスプリッタ５３を入射する。ここで、ビームスプリッタ５３はＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過する偏光特性を有しているとする。このため、Ｓ偏光の光束は、ビームスプリッタ５３を反射する。反射したＳ偏光の光束は、コリメートレンズ５１、ビームエキスパンダ５４、立ち上げミラー５５を経て、１／４波長板５６に入射する。１／４波長板５６は、直線偏光に対して４５度方向に１／４波長の位相を付加することで透過光を右回り円偏光に変換している。１／４波長板５６を透過した右回り円偏光の光束は、偏光可変素子１５３に入射する。偏光可変素子１５３は領域Ｂに電気信号を入力していないので透過光も右回り円偏光の光束となる。そして、偏光可変素子１５３を透過した右回り円偏光の光束はアクチュエータ５（図示せず）に搭載された対物レンズ２により光ディスク１００（図示せず）上に集光される。

光ディスク１００を反射した右回り円偏光の光束は、対物レンズ２、偏光可変素子１５３を透過し、１／４波長板５６に入射する。１／４波長板５６では右回り円偏光に対して、４５度方向に１／４波長の位相を付加することで透過光をＰ偏光の直線偏光に変換している。１／４波長板５６を透過したＰ偏光は、立ち上げミラー５５、ビームエキスパンダ５４、コリメートレンズ５１を経て、ビームスプリッタ５２に入射する。このとき、ビームスプリッタ５２に入射する偏光はＰ偏光となっているため、ビームスプリッタ５２を透過する。ビームスプリッタ５２を透過したＰ偏光は、検出レンズ５７を経て光検出器１０に入射する。

次に、偏光可変素子１５３は領域Ｂに電気信号を入力する場合について説明する。半導体レーザ５０からはＳ偏光の直線偏光が出射される。Ｓ偏光の光束は回折格子１１を透過し、ビームスプリッタ５３を入射する。ここで、ビームスプリッタ５３はＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過する偏光特性を有しているとする。このため、Ｓ偏光の光束は、ビームスプリッタ５３を反射する。反射したＳ偏光の光束は、コリメートレンズ５１、ビームエキスパンダ５４、立ち上げミラー５５を経て、１／４波長板５６に入射する。１／４波長板５６は、直線偏光に対して４５度方向に１／４波長の位相を付加することで透過光を右回り円偏光に変換している。１／４波長板５６を透過した右回り円偏光の光束は、偏光可変素子１５３に入射する。ここで、偏光可変素子１５３は、領域Ｂに電気信号を入力しているので領域Ａを透過した光束と偏光が異なる。具体的には、領域Ａに入射した光束は、偏光の変化がないため右回り円偏光の光束のまま偏光可変素子１５３を透過する。それに対して、領域Ｂを透過した光は、４５度方向に１／２波長の位相を付加されるのでＰ偏光に変換される。そして、偏光可変素子１５３を透過した右回り円偏光（領域Ａ）とＰ偏光（領域Ｂ）の光束はアクチュエータ５（図示せず）に搭載された対物レンズ２により光ディスク１００（図示せず）上に集光される。

光ディスク１００を反射した右回り円偏光（領域Ａ）とＰ偏光（領域Ｂ）の光束は、対物レンズ２を透過し、偏光可変素子１５３に入射する。このとき、光束は領域Ｂのみに４５度方向に１／４波長の位相を付加されるので領域Ａを透過した光束は、右回り円偏光のままで、領域Ｂを透過した光束は左回り円偏光となる。偏光可変素子１５３を出射した右回り円偏光（領域Ａ）と左回り円偏光（領域Ｂ）の光束は、１／４波長板５６に入射する。右回り円偏光（領域Ａ）と左回り円偏光（領域Ｂ）の光束に対して、４５度方向に１／４波長の位相を付加することで領域Ａの透過光をＰ偏光の直線偏光、領域Ｂの透過光をＳ偏光の直線偏光に変換している。１／４波長板５６を透過したＰ偏光（領域Ａ）およびＳ偏光（領域Ｂ）は、立ち上げミラー５５、ビームエキスパンダ５４、コリメートレンズ５１を経て、ビームスプリッタ５２に入射する。このとき、偏光可変素子１５３の領域Ａを透過した光束の偏光はＰ偏光のため、ビームスプリッタ５２を透過する。それに対し、偏光可変素子１５３の領域Ｂを透過した光束の偏光はＳ偏光のため、ビームスプリッタ５２を反射する。ビームスプリッタ５２を透過したＰ偏光は、検出レンズ５７を経て光検出器１０に入射する。

このとき、光検出器１０に検出される実効的なＮＡが小さくなるため、発生する球面収差量が小さくなり、フォーカス誤差信号の劣化が小さくなる。
これにより、層数のカウントを安定して行なうことができる。

図３（ａ）に、偏光可変素子１５３の領域Ｂに電気信号を入力した場合と図３（ｂ）に、偏光可変素子１５３の領域Ｂに電気信号を入力しない場合を示す。図３（ｂ）は、従来の構成と同じフォーカス誤差信号となる。

ここで、ＮＡは０．８５（ＢＤのＮＡ）、ディスクは４層ディスク、各層からの反射率は同じ、層間隔は１５マイクロメートル、領域Ａの径は有効径に対して５０％、一番手前の層に球面収差補正した条件で計算した結果である。なお、１番手前の層が収束している位置をデフォーカス原点としている。また、フォーカス誤差信号は、一番手前の層の振幅で規格化している。図３（ｂ）に示すように、球面収差を補正している層はフォーカス誤差信号振幅に対し、それ以外の層は劣化していることがわかる。それに対し、図３（ａ）に示す本発明は、球面収差によるフォーカス誤差信号の劣化が小さいことがわかる。このため、層数のカウントを安定して行なうことができる。また、安定して層数のカウントできることからディスク判別も安定して行なうことができることは言うまでもない。さらに、光ディスクを記録／再生しているときに、他の層にフォーカスジャンプをする際でも、偏光可変素子１５３の領域Ｂに電気信号を入力することで、目的の層を検出することが可能となる。例えば、一番手前の層から一番奥の層にフォーカスジャンプすることを考える。一番手前の層で球面収差が最適となっているため図３（ｂ）に示すように、一番手前の層のフォーカス誤差信号振幅が大きくなっている。この状態から、領域Ｂに電気信号を入力する。これにより、図３（ａ）に示すフォーカス誤差信号となる。この時、領域Ｂの信号が受光面に入射しなくなる分のフォーカス誤差信号振幅の減少に伴って、サーボ制御のゲインを変化させる、または半導体レーザ５０の出射光量を増加させるとサーボが安定する。ここから、球面収差が発生している目的の層にフォーカスジャンプを行なう。図３（ｂ）のような波形では、一番手前の層と一番奥の層のフォーカス誤差信号振幅差が大きすぎるため、安定してフォーカスジャンプが行なえない。それに対して、領域Ｂに電気信号を入力すると、一番手前の層と一番奥の層のフォーカス誤差信号振幅差が小さくなるため、安定してフォーカスジャンプを行なうことができる。フォーカスジャンプ後は、球面収差補正素子を駆動し、一番奥の層に球面収差を最適にする。この状態から、領域Ｂに電気信号を切断することで全光束のフォーカス誤差信号検出、トラッキング誤差信号検出、RF信号検出などを行なうことが可能となる。なお、領域Bの信号が受光面に入射する分のフォーカス誤差信号振幅の増幅に伴って、サーボ制御のゲインを変化させる、または半導体レーザ５０の出射光量を減少させるとサーボが安定する。この動作を行なうことでフォーカス制御をしたまま目的の層にフォーカスジャンプすることが可能となる。

次に、球面収差補正信号検出について説明する。まず、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生しない場合について説明する。図４（ａ）は領域Ｂに電気信号を入力した場合フォーカス誤差信号Ａ、領域Ｂに電気信号を入力しない場合のフォーカス誤差信号Ｉを示している。球面収差がない場合には、実効的なＮＡには依存しないため、フォーカス誤差信号Ａとフォーカス誤差信号Ｉのゼロクロス点は、ほぼ同じ点となる。

次に、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生する場合について説明する。図４（ｂ）は領域Ｂに電気信号を入力した場合フォーカス誤差信号Ａ、領域Ｂに電気信号を入力しない場合のフォーカス誤差信号Ｉを示している。上記したように、領域Ｂに電気信号を入力すると実効的なＮＡが小さくなるため、発生する球面収差量が小さくなり、フォーカス誤差信号の劣化が小さくなる。これに対して、領域Ｂに電気信号を入力しないと領域Ａの他に領域Ｂの光束が検出される。球面収差が発生すると領域Ａの波面に対し、領域Ｂの波面の方が空間的に進んでいる、または遅れているので、フォーカス誤差信号Ａとフォーカス誤差信号Ｉのゼロクロス点は異なる。この特性を利用して球面収差補正信号を検出する。

まず、フォーカス誤差信号Ａでサーボ制御を行なっているとする。このとき、同時にフォーカス誤差信号Ｉを検出することができない。ここで、ある一定時間だけ対物レンズをフォーカス方向に固定する。この一定時間の間に、領域Ｂに電気信号を入力する。このようにすると、フォーカス誤差信号Ｉの信号が検出される。本発明では、この信号を球面収差補正信号として検出する。

図５は、フォーカス誤差信号の時間変化を示している。図５（ａ）は、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生していない場合、図５（ｂ）は、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生する場合を示している。光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生していない場合には、フォーカス誤差信号Ｉとフォーカス誤差信号Ａはほぼ同じセロクロス点になるため、対物レンズをフォーカス方向に固定した一定時間にフォーカス誤差信号にＤＣ信号は検出されない。それに対し、光ディスクのカバー層の厚み誤差に伴う球面収差が発生する場合には、フォーカス誤差信号Ｉとフォーカス誤差信号Ａはセロクロス点が異なるため、対物レンズをフォーカス方向に固定した一定時間にフォーカス誤差信号にＤＣ信号は検出される。ここで、例えば図６のようにフォーカスサーボ制御と対物レンズのフォーカス方向に固定を繰り返し行ないながら、球面収差補正素子を駆動することによって球面収差を補正することが可能となる。

以上のように、偏光可変素子を搭載し、領域Ｂに電気信号を入力することで安定した層数カウントが行なえる。また、これを利用したディスク判別や目的の層へのフォーカスジャンプを行なうことが可能となる。さらに、球面収差補正信号を検出することができるため、光ディスク装置の動作速度を向上することが可能である。それだけではなく、本発明はフォーカス誤差信号検出方式やトラッキング誤差信号にも依存しないため、例えば従来のピックアップ装置光学系に対して、光束制限素子を挿入するだけで同様の効果が得られる。また、それに伴って出力ピン数が増えることもない。

なお、ここでは領域Ａは円形であったがその他の形状（例えば四角形）であっても実効的なＮＡを小さくしているのであれば、同様の効果が得られることは言うまでもない。また、本実施例では偏光可変素子１５３は立ち上げミラー５５と１／４波長板の間に配置したが、ビームスプリッタから対物レンズ間であればどこに配置しても同様の効果があることは言うまでもない。また、領域Bの特性を１／４波長板から１／２波長板とし、半導体レーザからビームスプリッタ間に配置しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、球面収差補正方式に関しては他の方式あっても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、例えば、図１０のように領域Ａを領域Ｂと同様の特性とし、領域Ａのフォーカス誤差信号（領域Ａの電気信号入力なし、領域Ｂの電気信号入力ありの状態で検出したフォーカス誤差信号）と領域Ｂのフォーカス誤差信号（領域Ａの電気信号入力あり、領域Ｂの電気信号入力なしの状態で検出したフォーカス誤差信号）とで球面収差補正信号を検出しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、領域を複数に分割し、実効的なＮＡの異なる２つ以上のフォーカス誤差信号から上記方式で球面収差補正信号を検出しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施例３では、光ピックアップ装置１を搭載した、光学的再生装置について説明する。図１１は光学的再生装置の概略構成である。光ピックアップ装置１は、光ディスク１００のＲａｄ方向に沿って駆動できる機構が設けられており、アクセス制御回路１７２からのアクセス制御信号に応じて位置制御される。

レーザ点灯回路１７７からは所定のレーザ駆動電流が光ピックアップ装置１内の半導体レーザに供給され、半導体レーザからは再生に応じて所定の光量でレーザ光が出射される。なお、レーザ点灯回路１７７は光ピックアップ装置１内に組み込むこともできる。

光ピックアップ装置１内の光検出器１０から出力された信号は、サーボ信号生成回路１７４および情報信号再生回路１７５に送られる。サーボ信号生成回路１７４では前記光検出器１０からの信号に基づいてフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号ならびにチルト制御信号などのサーボ信号が生成され、これをもとにアクチュエータ駆動回路１７３を経て光ピックアップ装置１内のアクチュエータを駆動して、対物レンズの位置制御がなされる。また、サーボ信号生成回路１７４では球面収差補正信号が生成され、これをもとに球面収差補正素子を駆動して、球面収差を補正する。

前記情報信号再生回路１７５では、前記光検出器１０からの信号に基づいて光ディスク１００に記録されている情報信号が再生される。
前記サーボ信号生成回路１７４および情報信号再生回路１７５で得られた信号の一部はコントロール回路１７６に送られる。このコントロール回路１７６にはスピンドルモータ駆動回路１７１、アクセス制御回路１７２、サーボ信号生成回路１７４、レーザ点灯回路１７７などが接続され、光ディスク１００を回転させるスピンドルモータ１８０の回転制御、アクセス方向およびアクセス位置の制御、対物レンズのサーボ制御、光ピックアップ装置１内の半導体レーザ発光光量の制御などが行われる。

実施例４では、光ピックアップ装置１を搭載した、光学的記録再生装置について説明する。図１２は光学的記録再生装置の概略構成である。この装置で前記図２６に説明した光学的情報記録再生装置と相違する点は、コントロール回路１７６とレーザ点灯回路１７７の間に情報信号記録回路１７８を設け、情報信号記録回路１７８からの記録制御信号に基づいてレーザ点灯回路１７７の点灯制御を行って、光ディスク１００へ所望の情報を書き込む機能が付加されている点である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

２：対物レンズ、５：アクチュエータ、７：駆動機構、１０：光検出器、１１：回折格子、５０：半導体レーザ、５１：コリメートレンズ、５２：ビームスプリッタ、５３：光束制限素子、５４：ビームエキスパンダ、５５：立ち上げミラー、５６：１／４波長板、１５３：偏光可変素子、１７１：スピンドルモータ駆動回路、１７２：アクセス制御回路、１７３：アクチュエータ駆動回路、１７４：サーボ信号生成回路、１７５：情報信号再生回路、１７６：コントロール回路、１７７：レーザ点灯回路、１７８：情報記録回路、１７９：球面収差補正素子駆動回路、１８０：スピンドルモータ

Claims (9)

1. レーザ光を出射する半導体レーザと、
   前記半導体レーザから出射された光束を光ディスクに照射する対物レンズと、
   前記光ディスクから反射した前記光束を受光する光検出器と、
   を備えた光ピックアップ装置であって、
   前記光ピックアップ装置は、光束制限素子を搭載し、
   前記光束制限素子は、前記光検出器に入射する光束径の大きさを切り替え可能な素子であり、
   ディスク判別信号、フォーカス誤差信号検出、球面収差補正信号とトラッキング誤差信号、再生信号検出で光束径の大きさを切り替えることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. レーザ光を出射する半導体レーザと、
   前記半導体レーザから出射された光束を光ディスクに照射する対物レンズと、
   前記光ディスクから反射した前記光束を受光する光検出器と、
   を備えた光ピックアップ装置であって、
   前記光ピックアップ装置は、偏光可変素子と、偏光特性を有する光学部品とを搭載し、
   前記偏光可変素子と、偏光特性を有する光学部品光束制限素子により、前記光検出器に入射する光束径の大きさを切り替え可能であり、
   ディスク判別信号、フォーカス誤差信号検出、球面収差補正信号とトラッキング誤差信号、再生信号検出で光束径の大きさを切り替えることを特徴とする光ピックアップ装置。
3. レーザ光を出射する半導体レーザと、
   前記半導体レーザから出射された光束を光ディスクに照射する対物レンズと、
   前記光ディスクから反射した前記光束を受光する光検出器と、
   を備えた光ピックアップ装置であって、
   前記光ピックアップ装置は、光束制限素子を搭載し、
   前記光束制限素子は、開口を出し入れすることで前記光検出器に入射する光束径の大きさを切り替え可能であり、
   ディスク判別信号、フォーカス誤差信号検出、球面収差補正信号とトラッキング誤差信号、再生信号検出で光束径の大きさを切り替えることを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項１記載の光ピックアップ装置であって、
   前記光束制限素子は、少なくとも２つの領域に分けられ、
   少なくとも１つ以上の領域は透過率もしくは反射率もしくは回折効率を切り替え可能であり、
   前記光束制限素子の少なくとも１つ以上の領域の透過率もしくは反射率もしくは回折効率を切り替えることで前記光検出器に入射する光束径の大きさを切り替えることを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項２記載の光ピックアップ装置であって、
   偏光可変素子は、少なくとも２つの領域に分けられ、
   少なくとも１つ以上の領域は偏光の切り替えが可能であり、
   前記偏光可変素子の少なくとも１つ以上の領域の偏光を切り替えることで前記光検出器に入射する光束径の大きさを切り替えることを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項記載の光ピックアップ装置であって、
   光ディスクを記録または再生を行う場合に対して、
   前記光ディスクの判別、もしくは前記光ディスクの層数の検出、もしくは他の層へのフォーカスジャンプもしくは球面収差補正を行なう場合には、
   前記光検出器に入射する光束径が小さいことを特徴とする光ピックアップ装置。
7. 請求項１から６いずれか一項記載の光ピックアップ装置と、
   前記光ピックアップ装置内における前記半導体レーザを駆動するレーザ点灯回路と、
   前記光ピックアップ装置内の前記光検出器から検出された信号を用いてフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号、及び、球面収差補正信号を生成するサーボ信号生成回路と、
   光ディスクに記録された情報信号を再生する情報信号再生回路とを搭載した光ディスク装置。
8. 請求項１から６いずれか一項記載の光ピックアップ装置と、
   前記光ピックアップ装置内における前記半導体レーザを駆動するレーザ点灯回路と、
   前記光ピックアップ装置内の前記光検出器から検出された信号を用いてフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号、及び、球面収差補正信号を生成するサーボ信号生成回路と、
   光ディスクに記録された情報信号を再生する情報信号再生回路とを搭載し、
   前記光ピックアップのサーボ信号を検出するために前記対物レンズを固定することを特徴とする光ディスク装置。
9. 請求項１から６いずれか一項記載の光ピックアップ装置と、
   前記光ピックアップ装置内における前記半導体レーザを駆動するレーザ点灯回路と、
   前記光ピックアップ装置内の前記光検出器から検出された信号を用いてフォーカス誤差信号、トラッキング誤差信号、及び、球面収差補正信号を生成するサーボ信号生成回路と、
   前記光ディスクに記録された情報信号を再生する情報信号再生回路とを搭載し、
   前記光検出器から得られる２つ以上のフォーカス誤差信号を比較して球面収差補正信号を検出し、少なくとも１つ以上のフォーカス誤差信号は、前記対物レンズが固定されている間に検出することを特徴とする光ディスク装置。

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