JP2004030724A - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】記録媒体の再生波長や基板厚に関わらず、２種類の記録媒体に対して良好な記録再生を行うことができる光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】波長λ１の光を発する半導体レーザ１ａと、波長λ１とは異なる波長λ２の光を発する半導体レーザ１ｂとを備え、波長λ１の光を、対物レンズ１１を通過させて光ディスク１３ａに集光スポットＳＰａを形成して情報の記録あるいは再生を行い、波長λ２の光を、対物レンズ１１を通過させて光ディスク１３ａとは基板厚の異なる光ディスク１３ｂに集光スポットＳＰｂを形成して情報の記録あるいは再生を行う。そして、半導体レーザ１ａ・１ｂと対物レンズ１１との間には、屈折率の波長依存性が互いに異なる２つの素材を結合して形成され、その接合面に格子形状を有する接合型回折素子１０が設けられている。
【選択図】 図１
【解決手段】波長λ１の光を発する半導体レーザ１ａと、波長λ１とは異なる波長λ２の光を発する半導体レーザ１ｂとを備え、波長λ１の光を、対物レンズ１１を通過させて光ディスク１３ａに集光スポットＳＰａを形成して情報の記録あるいは再生を行い、波長λ２の光を、対物レンズ１１を通過させて光ディスク１３ａとは基板厚の異なる光ディスク１３ｂに集光スポットＳＰｂを形成して情報の記録あるいは再生を行う。そして、半導体レーザ１ａ・１ｂと対物レンズ１１との間には、屈折率の波長依存性が互いに異なる２つの素材を結合して形成され、その接合面に格子形状を有する接合型回折素子１０が設けられている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式記録再生装置に備えられ、光記録媒体へ情報を記録したり、光記録媒体から光学的に情報を再生したりする光ピックアップ装置に関するものであり、特に、基板の厚さ、あるいは対応波長の異なる光記録媒体の記録再生を行う光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式記録再生装置には、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｄｉｓｃ）等の光記録媒体から記録情報を読取ることができる光学式ディスクプレーヤがある。近年、容量４．７ＧＢのＤＶＤが市場に導入されてきているが、更に高密度なパッケージメディア（次世代高密度光ディスク）の要求が強く、その検討が進んでいる。記録密度の向上には、周知のように使用する光源の短波長化と、対物レンズの高ＮＡ化とが有効である。現在、次世代高密度光ディスクとして、対物レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）を従来ＤＶＤの０．６から０．８５へ上げるとともに、使用する光源の波長を従来ＤＶＤの６５０ｎｍから４０５ｎｍへと短波長化している。これによって、絞込みスポットを微小化させて記録密度の向上を図っている。
【０００３】
対物レンズのＮＡを大きくすると、光ディスクが傾いたときに発生するコマ収差が急激に増大するため、絞込みスポットの集光特性が劣化しやすくなるという問題が発生する。光ディスクの傾きによって発生するコマ収差は、光入射面から情報記録面に至る光透過層の厚さに比例する。そこで、光ディスクの光透過層を薄くすることで、ＮＡを大きくすることに伴って発生するコマ収差の増大を抑制することが可能である。この考え方に基づいて、次世代高密度光ディスクの光透過層を、従来ＤＶＤの０．６ｍｍから０．１ｍｍへと薄型化することが提案されている。
【０００４】
ところで、上述の次世代高密度光ディスクは、ＤＶＤとの互換性が求められている。即ち、次世代高密度光ディスクの記録再生装置は、現在広く普及しているＤＶＤの記録再生もできることが当然のこととして求められる。
【０００５】
しかしながら、次世代高密度光ディスクとＤＶＤとは、上述のように光ディスク基板厚が異なるため、互換性を確保することが困難になるという問題がある。なぜなら、通常の対物レンズは、特定の光ディスクの基板厚を想定して設計されており、設計基板厚と大幅に異なる光ディスクに対しては、絞込みスポットに球面収差が発生して、絞込みスポットの集光特性が劣化するからである。
【０００６】
このような、基板厚の差による光ディスクの記録再生時の問題を解決する方法が、特開平８−５５３６３号公報（以下、第１の従来例と呼ぶ）、あるいは第４３回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集Ｎｏ．３ １０８４頁（講演番号２８ａＦ−７）（以下、第２の従来例と呼ぶ）に記載されている。なお、上記の従来文献には、基板厚０．６ｍｍで使用波長約６５０ｎｍのＤＶＤと、基板厚１．２ｍｍで使用波長約７８０ｎｍのＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）との互換方法が記載されている。
【０００７】
第１の従来例においては、波長６３５ｎｍ及び波長７８０ｎｍの２つの光源を使用している。上記６３５ｎｍの光源は、コリメータレンズの焦点に設置して平行光を出射させ、上記波長７８０ｎｍの光源は、コリメータレンズの焦点からずらして設置して、若干発散した光を出射させることで基板厚の違いによる球面収差を補正している。第２の従来例においては、波長６３５ｎｍ及び波長７８５ｎｍの２つの光源を使用し、対物レンズに入射する前の光束中に、波長７８５ｎｍの光束のみに対して作用する回折素子を配置することによって、基板厚の違いによる球面収差を補正している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術を次世代高密度光ディスクとＤＶＤとの互換に適用するには、以下のような問題点が生ずる。
【０００９】
即ち、ＤＶＤとＣＤとの互換のように、使用する２つの波長の差が小さく、対物レンズの開口数も小さい場合は、第１の従来例を採用すれば、球面収差をある程度小さくすることができる。しかし、次世代高密度光ディスクとＤＶＤとの互換のように、使用する２つ波長の差と対物レンズの開口数とがともに大きい場合には、発散光が入射したときに収差を補正することができない。そのため、発散光で入射する光束による絞込みスポットの集光特性が劣化してしまう。これを防止するために、発散光路中に何らかの補正レンズを設ける方法もあるが、発散光に対してのみ補正し、平行光に対して補正しないようにしなければならないため、必ず発散光路中にのみ補正レンズを挿入しなければならない。従って、対物レンズと一体駆動できず、対物レンズの移動時に性能を維持することが困難になってしまう。
【００１０】
また、次世代高密度光ディスクとＤＶＤとの互換では、波長４０５ｎｍの青色光と波長６５０ｎｍの赤色光とを使用するため、第２の従来例の回折素子を使用して補正を行うと、上記２つの光に対する利用効率が低下してしまう。そのため、光出力の大きなレーザ光源が必要となり、消費電力が大きくなってしまうという問題が発生する。さらに、光ディスクへの情報の記録や消去には高出力が必要となるため、利用効率が低いものは、光ピックアップ装置としては不向きである。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、記録媒体の再生波長や基板厚に関わらず、２種類の記録媒体に対して良好な記録再生を行うことができる互換性を備えた光ピックアップ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ピックアップ装置は、第１の波長λ１の光を発する第１の光源と、前記波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を発する第２の光源とを備え、前記波長λ１の光は、集光手段によって第１の記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成して情報の記録あるいは再生を行い、前記波長λ２の光は、前記集光手段によって前記第１の記録媒体とは基板厚の異なる第２の記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成して、情報の記録あるいは再生を行う光ピックアップ装置において、前記第１および第２の光源と前記集光手段との間には、異なる２つの素材を接合して形成され、その接合面に回折格子の格子形状を有する接合型回折素子が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
本発明の光ピックアップ装置は、例えば、ＤＶＤ及び次世代高密度光ディスクのように、基板厚の異なる２種類の記録媒体の記録再生を行うために、異なる波長の光を発する２つの光源が備えられた光ピックアップ装置であり、この２つの光源と集光スポットを形成するための対物レンズなどの集光手段との間には、光源からの光が通過する回折素子が設けられている。本発明において、この回折素子は、互いに異なる２つの素材を接合して形成されていることから接合型回折素子と呼ばれる。この接合型回折素子は、２つの素材の接合面に格子形状を有している。
【００１４】
上記接合型回折素子は、屈折率の波長依存性が異なる２つの素材を接合して形成されているため、上記素材の選択方法によっては、回折素子を通過する各波長の光に生ずる諸収差を補正することができる。即ち、接合型回折素子を通過する光を拡散させずにほぼ平行光とすることができる。さらに、上記接合型回折格子は、２つの素材が接合している接合面が回折格子の格子形状を有していることから、光が集光手段を通過して形成される集光スポットの位置を変化させることができる。
【００１５】
従って上記の構成によれば、一方の波長の光に対して屈折率がほぼ同じ素材を選択して、接合型回折素子を作成することによって、その波長の光の利用効率を向上させることなできる。また、もう一方の波長の光に対しては、記録再生を行う記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成できるように格子形状を形成することによって、上記もう一方の波長の光によって記録媒体の記録再生を良好に行うことができる。これによって、波長の大きさや基板厚の大きさに関わらず、波長差の大きい２つ光を使用して記録再生を行う第１の記録媒体及び第２の記録媒体のそれぞれに対して良好な集光スポットを形成することができる。
【００１６】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記第１の波長λ１の光が照射された場合の前記集光手段の開口数をＮＡ１とし、前記第２の波長λ２の光が照射された場合の前記集光手段の開口数をＮＡ２とすると、ＮＡ１はＮＡ２よりも大きいという構成であってもよい。
【００１７】
上記の構成によれば、第１の波長λ１の光によって第１の記録媒体の情報記録面上に形成される集光スポットを微小化させることができる。そのため、より記録密度の高い記録媒体の記録再生を行うことができる。
【００１８】
前記光ピックアップ装置において、前記開口数ＮＡ１が前記開口数ＮＡ２よりも大きい場合、前記第１の記録媒体の基板厚をｔ１とし、前記第２の記録媒体の基板厚をｔ２とすると、ｔ１はｔ２よりも小さいという構成であってもよい。
【００１９】
集光手段の開口数を大きくすると、記録媒体が傾いたときの収差が増加し、集光スポットの収束状態が劣化する。この収差はまた、記録媒体の基板厚に比例するため、開口数ＮＡ１がＮＡ２よりも大きい場合には、第１の記録媒体の基板厚ｔ２を薄くすれば、ＮＡ１を大きくしても記録媒体の傾きによる収差を小さく抑えることができる。
【００２０】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記集光手段は前記第１の波長λ１の光に対して収差が補正され、前記接合型回折素子の２つの素材における前記第１の波長λ１の屈折率差が０．００４以下であることが好ましい。
【００２１】
回折素子による補正の難しい波長の短い上記第１の波長λ１の光について、予め収差の補正が施された集光手段を用いる。また、接合型回折素子の影響を無くすためには、第１の波長λ１における接合型回折素子の２つの素材の屈折率を等しくすることがより好ましいが、そのような素材を選択することは難しい。そこで、上記屈折率差を０．００４以下に設定しておけば、波長λ１の光は接合型回折素子の影響を受けることなく、ほぼ平行光のまま０次光として集光手段を透過することができる。即ち、上記の構成によれば、第１の波長λ１の光の利用効率をほぼ１００％にすることができ、良好な集光特性を有する集光スポットを第１の記録媒体の情報記録面上に形成することができる。
【００２２】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記接合型回折素子の格子形状は、前記第２の波長λ２の光に対してブレーズ化されていることが好ましい。
【００２３】
ここで、接合型回折素子の格子形状が「ブレーズ化」されているとは、特定の波長、特定の回折次数に対する回折角度と接合面における回折格子の屈折方向が同じ角度になるように、格子形状が形成されていることを意味する。
【００２４】
上記の構成によれば、接合型回折素子の格子形状が第２の波長λ２に対してブレーズ化されているため、前記波長λ２の光に対しては前記接合型回折素子によって得られる１次回折光を利用して前記集光スポットを形成すれば、回折効率を向上させることができる。また、併せて第１の波長λ１に対して収差の補正がされた集光手段を用いれば、第１及び第２の記録媒体の記録再生において、ともに光の利用効率（回折効率）を１００％近くまで向上させることができる。
【００２５】
前記光ピックアップ装置において、前記接合型回折素子の前記格子形状は、鋸歯状の断面を有していてもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、接合型回折素子の回折効率を向上させることができるため、消費電力を抑えても高出力な光を記録媒体へ照射することができ、かつ良好な光ピックアップを実現できる。なお、上記格子形状が、上記第１および第２の記録媒体の基板厚の差によって発生する球面収差を補正するような鋸歯形状あるいは階段形状にブレーズ化されて形成されていれば、球面収差によって発生した光波面の歪みを確実に補正することができる。
【００２７】
前記光ピックアップ装置において、前記接合型回折素子の前記格子形状は、階段状の断面を有していてもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、鋸歯状の断面を有する格子形状よりも回折効率は低下するものの、より容易に格子形状を形成することができる。
【００２９】
前記接合型回折素子において、開口数ＮＡ２に相当する光束の領域のみが前記接合面に格子形状を有していてもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、第２の波長λ２の光が照射された場合には、開口数ＮＡ２に相当する領域に照射された光束によって、第２の記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成することができる。また、開口数ＮＡ２に相当する領域以外の領域に照射された光については、上記情報記録面上では集光せず十分に拡散されているので、記録再生には影響を与えない。そのため、開口制限フィルタなどを用いて開口数の変更を行う必要がなくなり、光ピックアップ装置の部品数を減らして装置の軽量化、小型化に貢献することができる。
【００３１】
前記接合型回折素子において、前記波長λ２を有する光束に対応する開口数ＮＡ２に相当する光束の領域内と領域外とで１次回折光の集光点が異なるような格子形状を有していてもよい。
【００３２】
上記の構成によれば、開口制限フィルタなどを用いることなく、波長の変化に合わせて集光手段の開口数を確実に切り換えることができる。そのため、光ピックアップ装置の部品数を減らすことができ、装置の軽量化、小型化に貢献できる。
【００３３】
前記接合型回折素子と前記集光手段とは、一つの駆動手段に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし９の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【００３４】
上記の構成によれば、接合型回折素子と集光手段とが一体となって動くため、記録媒体の面振れや記録媒体の情報トラックの回転偏心に対して、集光スポットを良好に追従させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。なお、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００３６】
本実施の形態においては、次世代高密度光ディスクとＤＶＤとの互換性を備えた光ディスクの記録再生装置に内蔵された光ピックアップ装置を例に挙げて説明する。図１は、本実施の形態に係る光ピックアップ装置の概略構成を示す模式図である。上記光ピックアップ装置は、４０５ｎｍ付近の短波長（波長λ１）の青色光（第１の光ビーム）を出射する半導体レーザ１ａ（第１の光源）と、６５０ｎｍ付近の長波長（波長λ２）の赤色光（第２の光ビーム）を出射する半導体レーザ光１ｂ（第２の光源）とを備えている。半導体レーザ１ａと１ｂとは、互いに切り換えて点灯される。
【００３７】
さらに本光ピックアップ装置は、第１及び第２の光ビームをほぼ平行光にするコリメータレンズ２ａ及び２ｂと、楕円形強度分布をもつ光束をほぼ円形の強度分布に整形する整形光学系３ａ及び３ｂと、各々の光ビームが透過するビームスプリッタ４ａ及び４ｂとを備えている。ダイクロプリズム５により第１及び第２の光ビームの合成及び光軸合わせがなされ、その後は共通の光学部品を、１／４波長板７、球面収差補正系８、ミラー９、接合型回折素子１０、対物レンズ１１（集光手段）の順に通過して、光ディスク１３ａ（第１の記録媒体）又は１３ｂ（第２の記録媒体）の情報記録面上に微小な光スポットを形成する。
【００３８】
以上の光照射光学系に加えて、光ピックアップはさらに再生信号検出光学系１４ａ及び１４ｂを備えている。再生信号検出光学系１４ａ及び１４ｂでは、従来公知の種々の光学系により、自動焦点あるいはトラック追従といった光点制御信号、及び光ディスクに記録された情報信号の再生が行われる。
【００３９】
上記の光学系において、ビーム強度分布の整形を行う３ａ及び３ｂは、半導体レーザ１ａ及び１ｂから出射された楕円形強度分布を持つ光束を、ほぼ円形の強度分布に整形する機能を有している。上記整形光学系３ａ及び３ｂは、１つの三角プリズム、貼り合わされた三角プリズム、あるいは独立して配置された２個の三角プリズム等、従来公知の光学系によって構成されている。
【００４０】
また、球面収差補正系８は、光ディスク１３ａ又は１３ｂの厚みのムラ等によって発生する球面収差を補正する。上記球面収差補正系８は、ビームエキスパンダーや液晶補正素子等、従来公知の光学系によって構成されている。但し、上記整形光学系３ａ・３ｂ、及び上記球面収差補正系８は、本発明の必須の構成部品ではなく、使用しなくても本発明の効果を損なうことはない。
【００４１】
次に、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１ａによって基板厚０．１ｍｍ（ｔ１）の光ディスク１３ａを記録再生する動作を説明する。図１において、半導体レーザ１ａから出射した第１の光ビームは、コリメートレンズ２ａによってほぼ平行光束となり、整形光学系３ａ、ビームスプリッタ４ａ、ダイクロプリズム５、１／４波長板７、球面収差補正系８、ミラー９、接合型回折素子１０を通過する。接合型回折素子１０を通過した第１の光ビームは、対物レンズ１１によって基板厚０．１ｍｍの光ディスク１３ａに絞り込まれて、光スポットＳＰａを形成する。接合型回折素子１０と対物レンズ１１とは、アクチュエータ１２（駆動手段）に搭載されており、光ディスクの面振れ、あるいは情報トラックの偏心に光スポットＳＰａを追従させる。なお、上記光ディスク１３ａは、本実施の形態においては、次世代高密度光ディスクである。
【００４２】
接合型回折素子１０は、屈折率の波長依存性が互いに異なる２種類の材料を貼り合わせたもので、その接合面の形状は鋸歯状もしくは階段状にブレーズ化されている。この接合型回折素子１０の作用については後述するが、接合した２種類の材料は、その屈折率が４０５ｎｍ付近の波長でほぼ等しくなるように選定することが好ましい。これによって、４０５ｎｍ付近の波長における透過光の波面は、上記接合型回折素子１０によってほとんど影響を受けない。また、上記対物レンズ１１の開口数は、上記４０５ｎｍ付近の波長を有する光束に対しては、０．８５（ＮＡ１）となるように設定されている。
【００４３】
光ディスク１３ａからの反射光は、対物レンズ１１、接合型回折素子１０、ミラー９、球面収差補正系８、１／４波長板７、ダイクロプリズム５を通過し、ビームスプリッタ４ａによって反射され、再生信号検出光学系１４ａに入射する。再生信号検出光学系１４ａでは、自動焦点あるいはトラック追従といった光点制御信号、及び光ディスクに記録された情報信号の再生が行われる。
【００４４】
続いて、波長６５０ｎｍの半導体レーザ１ｂによって基板厚０．６ｍｍ（ｔ２）の光ディスク１３ｂを記録再生する動作を説明する。図１において、半導体レーザ１ｂから出射した第２の光ビームは、コリメートレンズ２ｂによってほぼ平行光束となり、整形光学系３ｂ、ビームスプリッタ４ｂを通過する。続いて、上記第２の光ビームは、ダイクロプリズム５によって、波長４０５ｎｍの第１の光ビームと、光束及び光軸が合成される。その後、上記第２の光ビームは、１／４波長板７、球面収差補正系８、ミラー９、接合型回折素子１０を通過する。接合型回折素子１０を通過した第２の光ビームは、対物レンズ１１によって基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂに絞り込まれて、光スポットＳＰｂを形成する。接合型回折素子１０と対物レンズ１１とは、アクチュエータ１２に搭載されており、光ディスクの面振れ、あるいは情報トラックの偏心に光スポットＳＰｂを追従させる。なお、上記光ディスク１３ｂは、本実施の形態においてはＤＶＤである。
【００４５】
接合型回折素子１０は、上述のように屈折率の波長依存性が互いに異なる２種類の材料を貼り合わせたものであり、その接合面の形状はブレーズ化されている。
【００４６】
ところで、一般に、球面収差は波長で正規化され波長に反比例して公差が厳しくなる。そこで、波長６５０ｎｍの赤色光と波長４０５ｎｍの青色光とで比べると、青色光での方が望ましい特性を出すことが難しい。そこで、対物レンズは、青色光で球面収差が補正された非球面レンズを使う。そのため、青色光に対して回折素子は補正効果を持たず、赤色光に対して基板の厚さの違いにより発生する球面収差を補正する補正効果を持たせる。本実施の形態においては、青色光で球面収差が補正された対物レンズ１１を用い、次世代高密度光ディスクに対しては青色光で０次光を利用し、ＤＶＤに対しては赤色光で＋１次回折光を利用する事になる。
【００４７】
即ち、対物レンズ１１は、４０５ｎｍ付近の波長（青色光）で球面収差が補正されている。そのため、上記接合型回折素子１０は、４０５ｎｍ付近の波長に対して回折素子は補正効果を持たず、一方、６５０ｎｍ付近の波長（赤色光）に対して基板の厚さの違いにより発生する球面収差を補正する補正効果を持たせている。そして、接合型回折素子１０の２種類の材料は、赤色光で屈折率の波長分散が互いに異なるようなものを用い、屈折率に差を生じさせている。上記接合面の形状と、上記２種類の材料の屈折率の差とによって、赤色光の光束を基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂに絞り込んだときに発生する球面収差が補正される。これによって、スポットＳＰｂも良好な集光特性を得ることができる。
【００４８】
光ディスク１３ｂからの反射光は、対物レンズ１１、接合型回折素子１０、ミラー９、球面収差補正系８、１／４波長板７を通過し、ダイクロプリズム５で波長分離される。その後、ミラー６を経てビームスプリッタ４ｂによって反射され、再生信号検出光学系１４ｂに入射する。再生信号検出光学系１４ｂでは、再生信号検出光学系１４ａと同様に、自動焦点あるいはトラック追従といった光点制御信号、及び光ディスクに記録された情報信号の再生が行われる。
【００４９】
次に、上記光ピックアップ装置で用いられる接合型回折素子１０について、図２及び図３を参照して、さらに詳細に説明する。なお、図２は上記接合型回折素子を光軸方向の断面図であり、図３は上記接合型回折素子１０を光軸方向から見た平面図である。
【００５０】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、接合型回折素子１０は、光を透過する基板１０ａにブレーズ状の段差が深さｄとなるように形成されたものの上に、さらに１０ｂの基板を重ねている。また、図３に示すように、上記の段差は、それぞれ基板上に同心円状に形成されており、これらの段差が接合面に形成されることによって、回折作用を示す接合型回折素子１０となる。この時、その接合面の段差は、図２（ａ）に示すような鋸歯状、もしくは図２（ｂ）に示すような階段状となるように形成される。例えば、鋸歯状断面の回折格子は、回折効率が高いので有利である。回折格子断面形状の作成法として、ダイヤモンドバイトなどで精密切削する方法、フォトリソグラフィ技術を応用する方法等があり、必要に応じて適宜種々の方法を選択することができる。これによって、鋸歯形状の回折格子は又は擬似的にブレーズを形成した階段状の回折格子ができる。上記接合型回折素子１０の接合面において、ブレーズ状の段差が形成された基板１０ａと重その上に重ねて形成される基板１０ｂとは、隙間なく接合されている。
【００５１】
なお、上記鋸歯状あるいは階段状のブレーズ形状において、１つの山とその隣のもう１つの山との間隔をピッチ（ｐ）と呼ぶ。本実施の形態において、上記ピッチは、光ディスクの光透過層の厚さの違いにより発生する球面収差を補正するように設定されている。
【００５２】
この接合型回折素子１０において、接合面に形成される格段差の高さｄは、第１のレーザ光の０次回折光及び第２のレーザ光の＋１次回折光の回折効率が最大となる深さに設定する。具体的には、接合型回折素子１０を構成する基板としてガラス素材であるＨＯＹＡ（株）製のＴＰＨ５５及びＳＹＧＨ５２の２種類の材料を用いて、波長４０５ｎｍの第１のレーザ光の０次回折光、及び波長６５０ｎｍの第２のレーザ光の＋１次回折光の回折効率を、以下のようにして計算した。
【００５３】
本実施の形態における接合型回折素子１０は、そのピッチが波長より十分長いのでスカラー理論が適用でき、また、その深さが波長程度なのでいわゆる薄膜グレーティングとして扱える。この場合、回折効率ηｍは次式数１で表される（ｍは回折次数）。
【００５４】
【数１】
【００５５】
式中、Ａ（ｘ）は透過振幅分布、Φ（ｘ）は位相分布、ｐは接合型回折素子１０のピッチ、ｄは接合型回折素子１０の段差の深さを示している。計算においてはＡ（ｘ）＝１として規格化している。
【００５６】
ＴＰＨ５５及びＳＹＧＨ５２の上記各レーザ光に対する屈折率を、表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１には、ＨＯＹＡ（株）製のガラス材料特性表に基づくガラス材料特性を示す。表１に示すように、上記２つのガラス素材（ＴＰＨ５５及びＳＹＧＨ５２）の屈折率は、波長４０５ｎｍにおいてはほぼ等しく（０．００４以下）、波長６５０ｎｍにおいては０．０４程度の差がある。このときの回折効率ηｍの計算結果を、図４のグラフに示す。図４において、横軸は回折格子（接合型回折素子１０）の深さｄ（図２（ａ）、（ｂ）参照）を示し、縦軸は深さｄに応じた回折効率ηｍの変化を示す。また、図４において、波長４０５ｎｍの０次光は実線で、波長６５０ｎｍの＋１次光は破線で示す。図４のグラフから、各々の波長で９０％以上の良好な回折効率を得るためには、段差の深さｄを約１５μｍから約２２μｍの間に設定すればよいことがわかる。
【００５９】
ここで、比較例として、前述の第２の従来例において使用される回折素子を用いた場合の回折効率の算出結果を図１０に示す。なお、図９には上記回折素子の断面形状を示す。図９において、ｐは回折素子のピッチを示し、ｄは回折素子に形成された段差の深さを示す。上記比較例においては、ｐを１６０〜２６０μｍの範囲で変化させ、回折素子の深さｄを０〜３μｍの範囲に変化させた。また、回折素子の基材としては、例えばＯＺ−１０００（日立化成製）のプラスチック材料を用いた。図１０において、横軸は回折素子の深さｄを、縦軸は回折素子の回折効率を示している。また、図１０において、波長４０５ｎｍの０次光は細い実線で、波長６５０ｎｍの＋１次光は太い実線で示す。
【００６０】
図１０に示すように、ブレーズ化した回折素子で青色光の０次光が８０％以上の回折効率を得るにはブレーズの深さが０．２μｍ以下である必要があるが、その深さでは赤色光の１次光の効率は１０％にも満たない事が分かる。従って、第２の従来例を、次世代高密度光ディスクとＤＶＤとの互換に適用すると、波長６５０ｎｍの赤色光で利用効率が低くなってしまう。
【００６１】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置に用いられる接合型回折素子１０は、従来使用されている回折素子と比較して、良好な回折効率を得られるのに加え、段差の深さｄについても容易に作成できる深さに設定できる。本実施の形態においては、接合型回折素子１０として、異なるガラス素材を組み合わせたものを使用したが、本発明はこれに限定されることなく、同様の効果が得られるものであれば、樹脂材料などを用いることもできる。樹脂材料を用いる例として、例えば、ブレーズ化した回折素子（基板１０ａ）の上に紫外線硬化樹脂を流し込んだ後、紫外線を照射して樹脂を硬化し、基板１０ｂを形成する方法を挙げることができる。これによれば、ブレーズ状の段差が形成された基板１０ａと、その上に重ねて形成される基板１０ｂとの間に隙間が生じないように接合することができる。
【００６２】
次に、上記接合回折素子１０の作用について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、波長４０５ｎｍの光束によって基板厚０．１ｍｍ（ｔ１）の光ディスク１３ａを記録再生する場合であり、図５（ｂ）は、波長６５０ｎｍの光束によって基板厚０．６ｍｍ（ｔ２）の光ディスク１３ｂを記録再生する場合である。
【００６３】
図５（ａ）に示すように、波長４０５ｎｍの光束は、接合型回折素子１０を通過した後、対物レンズ１１によって集光され光ディスク１３ａ上に光スポットＳＰａを形成する。接合型回折素子１０は、屈折率の波長依存性が相異なる２種類の材料を接合して形成されているが、この２種類の材質の屈折率ｎ１及びｎ２は、波長４０５ｎｍ付近でほぼ等しくなるように選定されている。従って、ほぼ平行光で入射した波長４０５ｎｍの光束に対して、接合型回折素子１０は影響を与えず、ほぼ平行光のまま０次光として透過させる。対物レンズ１１は、波長４０５ｎｍと基板厚０．１ｍｍに対して最適設計されているので、対物レンズ１１に入射する開口数０．８５の光束から、設計通りの良好な集光特性のスポットＳＰａが形成される。
【００６４】
一方、基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂの記録再生を行う場合は、図５（ｂ）に示すように、波長６５０ｎｍの光束の光ビームが照射される。接合型回折素子１０を構成する２種類の材質の屈折率ｎ１及びｎ２は、６５０ｎｍ付近の波長では、屈折率の波長依存性が異なるように選定されている。そのため、ブレーズ化された面で位相差が生じ、ほぼ平行光で入射した波長６５０ｎｍの光束は、接合型回折素子１０で回折する。接合型回折素子１０に形成された段差の深さｄは、屈折率ｎ１及びｎ２の差に最適となるように設定されていることが好ましく、これによって、入射光束のほぼ１００％が＋１次回折光となる。さらに、ブレーズ形状のピッチを所定の幅にして、光ディスクの基板厚ずれによって発生する球面収差を相殺する。以上のような設計により、波長４０５ｎｍ及び基板厚０．１ｍｍに対して最適設計された対物レンズ１１を用いても、基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂに良好な集光特性の光スポットＳＰｂを形成できる。
【００６５】
ところで、図５（ｂ）に示すように、接合型回折素子１０に６５０ｎｍのレーザ光が入射したとき、＋１次回折光のうち、開口数０．６（ＮＡ２）に対応した光束だけが対物レンズ１１の入射瞳内に入射するように設定されている。そのため、開口数０．６に対応しない外側の光は、対物レンズ１１に０次光で入射するように、接合型回折素子１０に鋸歯状もしくは階段状にブレーズ化しておく。即ち、接合型回折素子１０のうち、開口数０．６に対応した光束が通る場所にのみブレーズ化パターンを形成すれば、開口数０．６に対応した光束のみ対物レンズ１１の入射瞳内に入射するように、容易に光を振り分けることができる。
【００６６】
上述のように、上記光ピックアップ装置においては、６５０ｎｍのレーザ光の光束のうち、開口数が０．６に対応した光束だけが、接合型回折素子１０によって＋１次回折光で対物レンズ１１の入射瞳内に入射するようにしている。これによれば、上記＋１次回折光を対物レンズ１１によって基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂ上に集光したときに、開口数が０．６に対応した光束で絞り込まれた光スポットＳＰｂに対して良好な集光特性が得られる。
【００６７】
なお、開口数０．６に対応した光束よりも外側の光は、図５（ｂ）において点線で示すように、基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂ上には集光せず、手前のＳＰｂ’で集光する。上記外側の光は、光ディスク１３ｂの記録面上では、十分広がっているので、記録再生時に実質上は影響を及ぼさない。そのため、接合型回折素子１０を、開口制限フィルタと実質的に同等に作用させることができる。換言すれば、このような接合型回折素子１０を用いることで、開口制限フィルタを用いることなく、対物レンズ１１の開口数の切り換えを行うことができる。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、開口制限フィルタを用いて確実に対物レンズの開口数を切り換えるようにしてもよい。
【００６８】
また、より確実に対物レンズ１１の開口数を切り換えるために、図６（ａ）に示すような接合型回折素子１０を用いてもよい。図６（ａ）に示す接合型回折素子１０は、開口数０．６の範囲外に相当する領域において、開口数０．６の範囲内に設けられたブレーズ形状よりも狭いピッチのブレーズ形状が形成されている。上記のようなブレーズ形状を有する接合型回折素子１０は、波長６５０ｎｍのレーザ光を回折させる場合に、＋１次回折光のうち、開口数０．６の範囲外の光束については、対物レンズ１１に入射しないように発散光に回折させることができる。即ち、＋１次回折光のうち、開口数が０．６に対応した光束だけが対物レンズ１１の入射瞳内に入射し、それよりも外側の光は、対物レンズ１１の入射瞳の外側に向けて回折する。このような接合型回折素子１０を用いることで、開口制限フィルタを用いることなく、対物レンズ１１の開口数を確実に切り換えることができる。
【００６９】
さらに、接合型回折素子の他の例として、図６（ｂ）に示すような接合面の形状を有するものを用いてもよい。図６（ｂ）に示す接合型回折素子１０は、開口数０．６の範囲外に相当する領域において、開口数０．６の範囲内に設けられたブレーズ形状とは反対の方向にブレーズ形状が形成されている。上記のようなブレーズ形状を有する接合型回折素子１０は、波長６５０ｎｍの＋１次回折光のうち、開口数０．６の範囲外の光束については、収束光に回折させることができる。このような接合型回折素子１０を用いることで、開口数が０．６に対応した光束よりも外側の光は、図６（ｂ）において点線で示すように、基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂ上には集光せず、手前のＳＰｂ”で集光する。上記ＳＰｂ”は、図５（ｂ）の集光スポットＳＰｂ’よりもさらに手前であるため、光ディスク１３ｂの記録面上ではより広がっており、記録再生時に影響を及ぼさない。なお、図６（ｂ）に示す接合型回折素子１０に形成されるブレーズ形状は、図６（ａ）のようにピッチが狭くないため、図６（ａ）の接合型回折素子１０よりも容易に作成することができる。
【００７０】
なお、本実施の形態における接合型回折素子１０は、波長４０５ｎｍの青色光には影響を与えず、波長６５０ｎｍの赤色光のみに補正レンズとして作用するので、半導体レーザ１ｂと対物レンズ１１との間であれば、任意の場所に配置することが可能である。本実施形態においては、対物レンズ１１の移動に伴う光軸のずれによって集光特性が劣化しないように、接合型回折素子１０と対物レンズとを一体駆動させている。
【００７１】
本発明の他の実施形態として、例えば図７に示すような光ピックアップ装置を挙げることができる。図７に示すように、上記光ピックアップ装置は、青色光の半導体レーザ１ａと、赤色光の半導体レーザ１ｂとを一体化させたモジュール構造となっている。この構造を採用すれば、光ピックアップ装置を小型化することが可能である。また、従来公知の回折素子を用いて、半導体レーザ１ａ、１ｂと信号検出光学系１３ａ、１３ｂとを一体化したモジュール構造とすれば、さらに小型化された光ピックアップ装置を得ることが可能である。
【００７２】
本実施の形態においては、次世代高密度光ディスク（基板厚０．１ｍｍ、青色光利用）とＤＶＤ（基板厚０．６ｍｍ、赤色光利用）との互換可能な光ピックアップ装置を例に挙げて説明している。しかしながら、本発明の光ピックアップ装置は、上述の基板厚及び波長の光に限定することなく、多種多様な基板厚を有する２つの光ディスクの互換に対して利用することが可能である。
【００７３】
【実施例】
本発明の一実施例について、以下に説明する。
【００７４】
本実施例においては、次世代高密度光ディスク（波長４０５ｎｍ、基板厚０．１ｍｍ）及びＤＶＤ（波長６５０ｎｍ、基板厚０．６ｍｍ）における波面収差の具体的な計算を行った。その結果を以下に示す。この波面収差の算出は、ＴＰＨ５５及びＳＹＧＨ５２の２種類のガラスを用いた接合型回折素子１０、及び、表２、表３に示すレンズ構成の対物レンズを用いて行った。なお、表２は次世代高密度光ディスクの場合、表３はＤＶＤの場合のレンズ構成である。
【００７５】
【表２】
【００７６】
【表３】
【００７７】
表２、表３において、第１面（面番号１）、第３面（面番号３）は接合型回折素子１０の入射面及び出射面であり、第２面（面番号２）は、接合型回折素子１０のブレーズ化された接合面である。また、第４面（面番号４）、第５面（面番号５）は、対物レンズの面であり、第６面（面番号６）、第７面（面番号７）は、光ディスクの面である。
【００７８】
このときの位相関数Φ（ｒ）及び非球面Ｚは、それぞれ次式数２、数３で表される。
【００７９】
【数２】
【００８０】
（但し、ｍ：回折次数、λ：波長、ｒ：光軸からの半径、ＤＦ１〜ＤＦ５：係数）
【００８１】
【数３】
【００８２】
（但し、Ｚ：ＳＡＧ量、Ｒ：曲率半径、Ｋ：円錐係数、ｒ：光軸からの半径、Ａ〜Ｅ：非球面係数）
上記数２、及び数３に基づいて、各非球面レンズデータが算出され、表２ないし表５に示すレンズデータを有する非球面レンズが自動設計された。
【００８３】
【表４】
【００８４】
【表５】
【００８５】
ここで、表２に示す対物レンズは、青色光及び基板厚０．１ｍｍに対して最適設計されている。
【００８６】
接合型回折素子１０を挿入せず、表２に示す上記対物レンズ１１だけを使用した状態で、青色光及び基板厚０．１ｍｍの場合のＲＭＳ波面収差は、０．００２λとなった。球面収差０．００２λは十分小さい値であり、この球面収差での上記光ディスク１３ａの情報信号読み出しは十分可能である。
【００８７】
しかし、接合型回折素子１０を挿入せず、表３に示す上記対物レンズ１１だけを使用した状態で、赤色光及び基板厚０．６ｍｍの場合のＲＭＳ波面収差は０．５λとなった。球面収差０．５λはかなり大きな値であり、この球面収差での上記光ディスク１３ｂの情報信号読み出しは不可能である。
【００８８】
次に、接合型回折素子１０を挿入した場合において、青色光及び基板厚０．１ｍｍのときは、ＲＭＳ波面収差が０．００２λとなった。これは、接合型回折素子１０を挿入していない場合と同じく十分小さい収差であり、上記光ディスク１３ａの読み出しは十分可能である。また、赤色光及び基板厚０．６ｍｍのときは、球面収差が補正され、ＲＭＳ波面収差は０．００２λと十分に小さい数値となった。この場合、上記光ディスク１３ｂの情報信号の読み出しは、十分可能となる。
【００８９】
このときの接合型回折素子１０の接合面の形状を図８（ａ）に示す。図８（ａ）において、横軸は半導体レーザより出射したレーザ光の光軸からの距離（ｍ）を示し、縦軸はブレーズ形状の段差の深さｄ（μｍ）を示す。また、図８（ｂ）には、接合面においてピッチ（ｐ）が最小になっている領域の接合面の形状を示すグラフである。図８（ｂ）に示すように、接合型回折素子１０の最小ピッチ（ｐ）は、２０μｍであり、深さｄは、１９μｍである。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置は、第１の波長λ１の光を発する第１の光源と、前記波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を発する第２の光源とを備え、前記波長λ１の光は、集光手段によって第１の記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成して情報の記録あるいは再生を行い、前記波長λ２の光は、前記集光手段によって前記第１の記録媒体とは基板厚の異なる第２の記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成して、情報の記録あるいは再生を行う光ピックアップ装置において、前記第１および第２の光源と前記集光手段との間には、異なる２つの素材を接合して形成され、その接合面に回折格子の格子形状を有する接合型回折素子が設けられていることを特徴としている。
【００９１】
上記の構成によれば、一方の波長の光に対して屈折率がほぼ同じ素材を選択して、接合型回折素子を作成することによって、その波長の光の利用効率を向上させることなできる。また、もう一方の波長の光に対しては、記録再生を行う記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成できるように格子形状を形成することによって、上記もう一方の波長の光によって記録媒体の記録再生を良好に行うことができる。これによって、波長の大きさや基板厚の大きさに関わらず、波長差の大きい２つ光を使用して記録再生を行う第１の記録媒体及び第２の記録媒体のそれぞれに対して良好な集光スポットを形成することができる。
【００９２】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記第１の波長λ１の光が照射された場合の前記集光手段の開口数をＮＡ１とし、前記第２の波長λ２の光が照射された場合の前記集光手段の開口数をＮＡ２とすると、ＮＡ１はＮＡ２よりも大きいという構成であってもよい。
【００９３】
上記の構成によれば、第１の波長λ１の光によって第１の記録媒体の情報記録面上に形成される集光スポットを微小化させることができる。そのため、より記録密度の高い記録媒体の記録再生を行うことができる。
【００９４】
前記光ピックアップ装置において、開口数ＮＡ１が開口数ＮＡ２よりも大きい場合、前記第１の記録媒体の基板厚をｔ１とし、前記第２の記録媒体の基板厚をｔ２とすると、ｔ１はｔ２よりも小さいという構成であってもよい。
【００９５】
上記の構成によれば、開口数ＮＡ１がＮＡ２よりも大きい場合には、第１の記録媒体の基板厚ｔ２を薄くすれば、ＮＡ１を大きくしても記録媒体の傾きによる収差を小さく抑えることができる。
【００９６】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記集光手段は前記第１の波長λ１の光に対して収差が補正され、前記接合型回折素子の２つの素材は、前記第１の波長λ１において屈折率差が０．００４以下であることが好ましい。
【００９７】
上記の構成によれば、第１の波長λ１の光の利用効率をほぼ１００％にすることができ、良好な集光特性を有する集光スポットを第１の記録媒体の情報記録面上に形成することができる。
【００９８】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記接合型回折素子の格子形状は、前記第２の波長λ２の光に対してブレーズ化されていることが好ましい。
【００９９】
上記の構成によれば、接合型回折素子の格子形状が第２の波長λ２に対してブレーズ化されているため、前記波長λ２の光に対しては前記接合型回折素子によって得られる１次回折光を利用して前記集光スポットを形成すれば、回折効率を向上させることができる。
【０１００】
前記光ピックアップ装置において、前記接合型回折素子の前記格子形状は、鋸歯状の断面を有していてもよい。
【０１０１】
上記の構成によれば、接合型回折素子の回折効率を向上させることができるため、消費電力を抑えても高出力な光を記録媒体へ照射することができ、かつ良好な光ピックアップを実現できる。
【０１０２】
前記光ピックアップ装置において、前記接合型回折素子の前記格子形状は、階段状の断面を有していてもよい。
【０１０３】
上記の構成によれば、鋸歯状の断面を有する格子形状よりも回折効率は低下するものの、より容易に格子形状を形成することができる。
【０１０４】
前記接合型回折素子において、開口数ＮＡ２に相当する光束の領域のみが前記接合面に格子形状を有していてもよい。
【０１０５】
上記の構成によれば、第２の波長λ２の光が照射された場合には、開口数ＮＡ２に相当する領域に照射された光束によって、第２の記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成することができるとともに、開口数ＮＡ２に相当する領域以外の領域に照射された光については、上記情報記録面上では集光せず十分に拡散されているので、記録再生には影響を与えない。そのため、開口制限フィルタなどを用いて開口数の変更を行う必要がなくなり、光ピックアップ装置の部品数を減らして装置の軽量化、小型化に貢献することができる。
【０１０６】
前記接合型回折素子において、前記波長λ２を有する光束に対応する開口数ＮＡ２に相当する光束の領域内と領域外とで１次回折光の集光点が異なるような格子形状を有していてもよい。
【０１０７】
上記の構成によれば、開口制限フィルタなどを用いることなく、波長の変化に合わせて集光手段の開口数を確実に切り換えることができる。そのため、光ピックアップ装置の部品数を減らすことができ、装置の軽量化、小型化に貢献できる。
【０１０８】
前記接合型回折素子と前記集光手段とは、一つの駆動手段に搭載されていてもよい。
【０１０９】
上記の構成によれば、接合型回折素子と集光手段とが一体となって動くため、記録媒体の面振れや記録媒体の情報トラックの回転偏心に対して、集光スポットを良好に追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る光ピックアップ装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本実施の一形態に係る光ピックアップ装置に用いられる接合型回折素子の光軸方向の断面図である。なお、（ａ）は接合面の形状が鋸歯状、（ｂ）は接合面の形状が階段状のものである。
【図３】本実施の一形態に係る光ピックアップ装置に用いられる接合型回折素子を光軸方向から見た平面図である。
【図４】本実施の一形態に係る光ピックアップ装置に用いられる接合型回折素子の回折効率の変化を算出した結果を示すグラフである。
【図５】本実施の一形態に係る光ピックアップ装置に用いられる接合型回折素子の作用を示す模式図である。（ａ）は、波長４０５ｎｍの光束によって基板厚ｔ１の光ディスクを記録再生する場合であり、（ｂ）は、波長６５０ｎｍの光束によって基板厚ｔ２の光ディスクを記録再生する場合である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、接合型回折素子の接合面が他の形状を有する場合の接合型回折素子の作用を示す模式図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る光ピックアップ装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】（ａ）は、本実施例における接合型回折素子の接合面の形状を示すグラフである。（ｂ）は、（ａ）を拡大したものであり、接合面においてピッチが最小になっている領域の接合面の形状を示すグラフである。
【図９】従来の光ピックアップ装置に用いられる回折素子の形状の一例を示す断面図である。
【図１０】従来の光ピックアップ装置に用いられる回折素子の回折効率の変化を算出した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ 半導体レーザ（第１の光源）
１ｂ 半導体レーザ（第２の光源）
２ａ・２ｂ コリメートレンズ
３ａ・３ｂ 整形光学系
４ａ・４ｂ ビームスプリッタ
５ ダイクロプリズム
７ １／４波長板
８ 球面収差補正系
９ ミラー
１０ 接合型回折素子
１０ａ・１０ｂ 基板（接合型回折素子）
１１ 対物レンズ（集光手段）
１２ アクチュエータ（駆動手段）
１３ａ・１３ｂ 光ディスク（記録媒体）
１４ａ・１４ｂ 再生信号検出光学系
ＳＰａ・ＳＰｂ 集光スポット
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式記録再生装置に備えられ、光記録媒体へ情報を記録したり、光記録媒体から光学的に情報を再生したりする光ピックアップ装置に関するものであり、特に、基板の厚さ、あるいは対応波長の異なる光記録媒体の記録再生を行う光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式記録再生装置には、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｄｉｓｃ）等の光記録媒体から記録情報を読取ることができる光学式ディスクプレーヤがある。近年、容量４．７ＧＢのＤＶＤが市場に導入されてきているが、更に高密度なパッケージメディア（次世代高密度光ディスク）の要求が強く、その検討が進んでいる。記録密度の向上には、周知のように使用する光源の短波長化と、対物レンズの高ＮＡ化とが有効である。現在、次世代高密度光ディスクとして、対物レンズの開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ：ＮＡ）を従来ＤＶＤの０．６から０．８５へ上げるとともに、使用する光源の波長を従来ＤＶＤの６５０ｎｍから４０５ｎｍへと短波長化している。これによって、絞込みスポットを微小化させて記録密度の向上を図っている。
【０００３】
対物レンズのＮＡを大きくすると、光ディスクが傾いたときに発生するコマ収差が急激に増大するため、絞込みスポットの集光特性が劣化しやすくなるという問題が発生する。光ディスクの傾きによって発生するコマ収差は、光入射面から情報記録面に至る光透過層の厚さに比例する。そこで、光ディスクの光透過層を薄くすることで、ＮＡを大きくすることに伴って発生するコマ収差の増大を抑制することが可能である。この考え方に基づいて、次世代高密度光ディスクの光透過層を、従来ＤＶＤの０．６ｍｍから０．１ｍｍへと薄型化することが提案されている。
【０００４】
ところで、上述の次世代高密度光ディスクは、ＤＶＤとの互換性が求められている。即ち、次世代高密度光ディスクの記録再生装置は、現在広く普及しているＤＶＤの記録再生もできることが当然のこととして求められる。
【０００５】
しかしながら、次世代高密度光ディスクとＤＶＤとは、上述のように光ディスク基板厚が異なるため、互換性を確保することが困難になるという問題がある。なぜなら、通常の対物レンズは、特定の光ディスクの基板厚を想定して設計されており、設計基板厚と大幅に異なる光ディスクに対しては、絞込みスポットに球面収差が発生して、絞込みスポットの集光特性が劣化するからである。
【０００６】
このような、基板厚の差による光ディスクの記録再生時の問題を解決する方法が、特開平８−５５３６３号公報（以下、第１の従来例と呼ぶ）、あるいは第４３回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集Ｎｏ．３ １０８４頁（講演番号２８ａＦ−７）（以下、第２の従来例と呼ぶ）に記載されている。なお、上記の従来文献には、基板厚０．６ｍｍで使用波長約６５０ｎｍのＤＶＤと、基板厚１．２ｍｍで使用波長約７８０ｎｍのＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）との互換方法が記載されている。
【０００７】
第１の従来例においては、波長６３５ｎｍ及び波長７８０ｎｍの２つの光源を使用している。上記６３５ｎｍの光源は、コリメータレンズの焦点に設置して平行光を出射させ、上記波長７８０ｎｍの光源は、コリメータレンズの焦点からずらして設置して、若干発散した光を出射させることで基板厚の違いによる球面収差を補正している。第２の従来例においては、波長６３５ｎｍ及び波長７８５ｎｍの２つの光源を使用し、対物レンズに入射する前の光束中に、波長７８５ｎｍの光束のみに対して作用する回折素子を配置することによって、基板厚の違いによる球面収差を補正している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術を次世代高密度光ディスクとＤＶＤとの互換に適用するには、以下のような問題点が生ずる。
【０００９】
即ち、ＤＶＤとＣＤとの互換のように、使用する２つの波長の差が小さく、対物レンズの開口数も小さい場合は、第１の従来例を採用すれば、球面収差をある程度小さくすることができる。しかし、次世代高密度光ディスクとＤＶＤとの互換のように、使用する２つ波長の差と対物レンズの開口数とがともに大きい場合には、発散光が入射したときに収差を補正することができない。そのため、発散光で入射する光束による絞込みスポットの集光特性が劣化してしまう。これを防止するために、発散光路中に何らかの補正レンズを設ける方法もあるが、発散光に対してのみ補正し、平行光に対して補正しないようにしなければならないため、必ず発散光路中にのみ補正レンズを挿入しなければならない。従って、対物レンズと一体駆動できず、対物レンズの移動時に性能を維持することが困難になってしまう。
【００１０】
また、次世代高密度光ディスクとＤＶＤとの互換では、波長４０５ｎｍの青色光と波長６５０ｎｍの赤色光とを使用するため、第２の従来例の回折素子を使用して補正を行うと、上記２つの光に対する利用効率が低下してしまう。そのため、光出力の大きなレーザ光源が必要となり、消費電力が大きくなってしまうという問題が発生する。さらに、光ディスクへの情報の記録や消去には高出力が必要となるため、利用効率が低いものは、光ピックアップ装置としては不向きである。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、記録媒体の再生波長や基板厚に関わらず、２種類の記録媒体に対して良好な記録再生を行うことができる互換性を備えた光ピックアップ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ピックアップ装置は、第１の波長λ１の光を発する第１の光源と、前記波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を発する第２の光源とを備え、前記波長λ１の光は、集光手段によって第１の記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成して情報の記録あるいは再生を行い、前記波長λ２の光は、前記集光手段によって前記第１の記録媒体とは基板厚の異なる第２の記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成して、情報の記録あるいは再生を行う光ピックアップ装置において、前記第１および第２の光源と前記集光手段との間には、異なる２つの素材を接合して形成され、その接合面に回折格子の格子形状を有する接合型回折素子が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
本発明の光ピックアップ装置は、例えば、ＤＶＤ及び次世代高密度光ディスクのように、基板厚の異なる２種類の記録媒体の記録再生を行うために、異なる波長の光を発する２つの光源が備えられた光ピックアップ装置であり、この２つの光源と集光スポットを形成するための対物レンズなどの集光手段との間には、光源からの光が通過する回折素子が設けられている。本発明において、この回折素子は、互いに異なる２つの素材を接合して形成されていることから接合型回折素子と呼ばれる。この接合型回折素子は、２つの素材の接合面に格子形状を有している。
【００１４】
上記接合型回折素子は、屈折率の波長依存性が異なる２つの素材を接合して形成されているため、上記素材の選択方法によっては、回折素子を通過する各波長の光に生ずる諸収差を補正することができる。即ち、接合型回折素子を通過する光を拡散させずにほぼ平行光とすることができる。さらに、上記接合型回折格子は、２つの素材が接合している接合面が回折格子の格子形状を有していることから、光が集光手段を通過して形成される集光スポットの位置を変化させることができる。
【００１５】
従って上記の構成によれば、一方の波長の光に対して屈折率がほぼ同じ素材を選択して、接合型回折素子を作成することによって、その波長の光の利用効率を向上させることなできる。また、もう一方の波長の光に対しては、記録再生を行う記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成できるように格子形状を形成することによって、上記もう一方の波長の光によって記録媒体の記録再生を良好に行うことができる。これによって、波長の大きさや基板厚の大きさに関わらず、波長差の大きい２つ光を使用して記録再生を行う第１の記録媒体及び第２の記録媒体のそれぞれに対して良好な集光スポットを形成することができる。
【００１６】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記第１の波長λ１の光が照射された場合の前記集光手段の開口数をＮＡ１とし、前記第２の波長λ２の光が照射された場合の前記集光手段の開口数をＮＡ２とすると、ＮＡ１はＮＡ２よりも大きいという構成であってもよい。
【００１７】
上記の構成によれば、第１の波長λ１の光によって第１の記録媒体の情報記録面上に形成される集光スポットを微小化させることができる。そのため、より記録密度の高い記録媒体の記録再生を行うことができる。
【００１８】
前記光ピックアップ装置において、前記開口数ＮＡ１が前記開口数ＮＡ２よりも大きい場合、前記第１の記録媒体の基板厚をｔ１とし、前記第２の記録媒体の基板厚をｔ２とすると、ｔ１はｔ２よりも小さいという構成であってもよい。
【００１９】
集光手段の開口数を大きくすると、記録媒体が傾いたときの収差が増加し、集光スポットの収束状態が劣化する。この収差はまた、記録媒体の基板厚に比例するため、開口数ＮＡ１がＮＡ２よりも大きい場合には、第１の記録媒体の基板厚ｔ２を薄くすれば、ＮＡ１を大きくしても記録媒体の傾きによる収差を小さく抑えることができる。
【００２０】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記集光手段は前記第１の波長λ１の光に対して収差が補正され、前記接合型回折素子の２つの素材における前記第１の波長λ１の屈折率差が０．００４以下であることが好ましい。
【００２１】
回折素子による補正の難しい波長の短い上記第１の波長λ１の光について、予め収差の補正が施された集光手段を用いる。また、接合型回折素子の影響を無くすためには、第１の波長λ１における接合型回折素子の２つの素材の屈折率を等しくすることがより好ましいが、そのような素材を選択することは難しい。そこで、上記屈折率差を０．００４以下に設定しておけば、波長λ１の光は接合型回折素子の影響を受けることなく、ほぼ平行光のまま０次光として集光手段を透過することができる。即ち、上記の構成によれば、第１の波長λ１の光の利用効率をほぼ１００％にすることができ、良好な集光特性を有する集光スポットを第１の記録媒体の情報記録面上に形成することができる。
【００２２】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記接合型回折素子の格子形状は、前記第２の波長λ２の光に対してブレーズ化されていることが好ましい。
【００２３】
ここで、接合型回折素子の格子形状が「ブレーズ化」されているとは、特定の波長、特定の回折次数に対する回折角度と接合面における回折格子の屈折方向が同じ角度になるように、格子形状が形成されていることを意味する。
【００２４】
上記の構成によれば、接合型回折素子の格子形状が第２の波長λ２に対してブレーズ化されているため、前記波長λ２の光に対しては前記接合型回折素子によって得られる１次回折光を利用して前記集光スポットを形成すれば、回折効率を向上させることができる。また、併せて第１の波長λ１に対して収差の補正がされた集光手段を用いれば、第１及び第２の記録媒体の記録再生において、ともに光の利用効率（回折効率）を１００％近くまで向上させることができる。
【００２５】
前記光ピックアップ装置において、前記接合型回折素子の前記格子形状は、鋸歯状の断面を有していてもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、接合型回折素子の回折効率を向上させることができるため、消費電力を抑えても高出力な光を記録媒体へ照射することができ、かつ良好な光ピックアップを実現できる。なお、上記格子形状が、上記第１および第２の記録媒体の基板厚の差によって発生する球面収差を補正するような鋸歯形状あるいは階段形状にブレーズ化されて形成されていれば、球面収差によって発生した光波面の歪みを確実に補正することができる。
【００２７】
前記光ピックアップ装置において、前記接合型回折素子の前記格子形状は、階段状の断面を有していてもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、鋸歯状の断面を有する格子形状よりも回折効率は低下するものの、より容易に格子形状を形成することができる。
【００２９】
前記接合型回折素子において、開口数ＮＡ２に相当する光束の領域のみが前記接合面に格子形状を有していてもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、第２の波長λ２の光が照射された場合には、開口数ＮＡ２に相当する領域に照射された光束によって、第２の記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成することができる。また、開口数ＮＡ２に相当する領域以外の領域に照射された光については、上記情報記録面上では集光せず十分に拡散されているので、記録再生には影響を与えない。そのため、開口制限フィルタなどを用いて開口数の変更を行う必要がなくなり、光ピックアップ装置の部品数を減らして装置の軽量化、小型化に貢献することができる。
【００３１】
前記接合型回折素子において、前記波長λ２を有する光束に対応する開口数ＮＡ２に相当する光束の領域内と領域外とで１次回折光の集光点が異なるような格子形状を有していてもよい。
【００３２】
上記の構成によれば、開口制限フィルタなどを用いることなく、波長の変化に合わせて集光手段の開口数を確実に切り換えることができる。そのため、光ピックアップ装置の部品数を減らすことができ、装置の軽量化、小型化に貢献できる。
【００３３】
前記接合型回折素子と前記集光手段とは、一つの駆動手段に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし９の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
【００３４】
上記の構成によれば、接合型回折素子と集光手段とが一体となって動くため、記録媒体の面振れや記録媒体の情報トラックの回転偏心に対して、集光スポットを良好に追従させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。なお、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００３６】
本実施の形態においては、次世代高密度光ディスクとＤＶＤとの互換性を備えた光ディスクの記録再生装置に内蔵された光ピックアップ装置を例に挙げて説明する。図１は、本実施の形態に係る光ピックアップ装置の概略構成を示す模式図である。上記光ピックアップ装置は、４０５ｎｍ付近の短波長（波長λ１）の青色光（第１の光ビーム）を出射する半導体レーザ１ａ（第１の光源）と、６５０ｎｍ付近の長波長（波長λ２）の赤色光（第２の光ビーム）を出射する半導体レーザ光１ｂ（第２の光源）とを備えている。半導体レーザ１ａと１ｂとは、互いに切り換えて点灯される。
【００３７】
さらに本光ピックアップ装置は、第１及び第２の光ビームをほぼ平行光にするコリメータレンズ２ａ及び２ｂと、楕円形強度分布をもつ光束をほぼ円形の強度分布に整形する整形光学系３ａ及び３ｂと、各々の光ビームが透過するビームスプリッタ４ａ及び４ｂとを備えている。ダイクロプリズム５により第１及び第２の光ビームの合成及び光軸合わせがなされ、その後は共通の光学部品を、１／４波長板７、球面収差補正系８、ミラー９、接合型回折素子１０、対物レンズ１１（集光手段）の順に通過して、光ディスク１３ａ（第１の記録媒体）又は１３ｂ（第２の記録媒体）の情報記録面上に微小な光スポットを形成する。
【００３８】
以上の光照射光学系に加えて、光ピックアップはさらに再生信号検出光学系１４ａ及び１４ｂを備えている。再生信号検出光学系１４ａ及び１４ｂでは、従来公知の種々の光学系により、自動焦点あるいはトラック追従といった光点制御信号、及び光ディスクに記録された情報信号の再生が行われる。
【００３９】
上記の光学系において、ビーム強度分布の整形を行う３ａ及び３ｂは、半導体レーザ１ａ及び１ｂから出射された楕円形強度分布を持つ光束を、ほぼ円形の強度分布に整形する機能を有している。上記整形光学系３ａ及び３ｂは、１つの三角プリズム、貼り合わされた三角プリズム、あるいは独立して配置された２個の三角プリズム等、従来公知の光学系によって構成されている。
【００４０】
また、球面収差補正系８は、光ディスク１３ａ又は１３ｂの厚みのムラ等によって発生する球面収差を補正する。上記球面収差補正系８は、ビームエキスパンダーや液晶補正素子等、従来公知の光学系によって構成されている。但し、上記整形光学系３ａ・３ｂ、及び上記球面収差補正系８は、本発明の必須の構成部品ではなく、使用しなくても本発明の効果を損なうことはない。
【００４１】
次に、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１ａによって基板厚０．１ｍｍ（ｔ１）の光ディスク１３ａを記録再生する動作を説明する。図１において、半導体レーザ１ａから出射した第１の光ビームは、コリメートレンズ２ａによってほぼ平行光束となり、整形光学系３ａ、ビームスプリッタ４ａ、ダイクロプリズム５、１／４波長板７、球面収差補正系８、ミラー９、接合型回折素子１０を通過する。接合型回折素子１０を通過した第１の光ビームは、対物レンズ１１によって基板厚０．１ｍｍの光ディスク１３ａに絞り込まれて、光スポットＳＰａを形成する。接合型回折素子１０と対物レンズ１１とは、アクチュエータ１２（駆動手段）に搭載されており、光ディスクの面振れ、あるいは情報トラックの偏心に光スポットＳＰａを追従させる。なお、上記光ディスク１３ａは、本実施の形態においては、次世代高密度光ディスクである。
【００４２】
接合型回折素子１０は、屈折率の波長依存性が互いに異なる２種類の材料を貼り合わせたもので、その接合面の形状は鋸歯状もしくは階段状にブレーズ化されている。この接合型回折素子１０の作用については後述するが、接合した２種類の材料は、その屈折率が４０５ｎｍ付近の波長でほぼ等しくなるように選定することが好ましい。これによって、４０５ｎｍ付近の波長における透過光の波面は、上記接合型回折素子１０によってほとんど影響を受けない。また、上記対物レンズ１１の開口数は、上記４０５ｎｍ付近の波長を有する光束に対しては、０．８５（ＮＡ１）となるように設定されている。
【００４３】
光ディスク１３ａからの反射光は、対物レンズ１１、接合型回折素子１０、ミラー９、球面収差補正系８、１／４波長板７、ダイクロプリズム５を通過し、ビームスプリッタ４ａによって反射され、再生信号検出光学系１４ａに入射する。再生信号検出光学系１４ａでは、自動焦点あるいはトラック追従といった光点制御信号、及び光ディスクに記録された情報信号の再生が行われる。
【００４４】
続いて、波長６５０ｎｍの半導体レーザ１ｂによって基板厚０．６ｍｍ（ｔ２）の光ディスク１３ｂを記録再生する動作を説明する。図１において、半導体レーザ１ｂから出射した第２の光ビームは、コリメートレンズ２ｂによってほぼ平行光束となり、整形光学系３ｂ、ビームスプリッタ４ｂを通過する。続いて、上記第２の光ビームは、ダイクロプリズム５によって、波長４０５ｎｍの第１の光ビームと、光束及び光軸が合成される。その後、上記第２の光ビームは、１／４波長板７、球面収差補正系８、ミラー９、接合型回折素子１０を通過する。接合型回折素子１０を通過した第２の光ビームは、対物レンズ１１によって基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂに絞り込まれて、光スポットＳＰｂを形成する。接合型回折素子１０と対物レンズ１１とは、アクチュエータ１２に搭載されており、光ディスクの面振れ、あるいは情報トラックの偏心に光スポットＳＰｂを追従させる。なお、上記光ディスク１３ｂは、本実施の形態においてはＤＶＤである。
【００４５】
接合型回折素子１０は、上述のように屈折率の波長依存性が互いに異なる２種類の材料を貼り合わせたものであり、その接合面の形状はブレーズ化されている。
【００４６】
ところで、一般に、球面収差は波長で正規化され波長に反比例して公差が厳しくなる。そこで、波長６５０ｎｍの赤色光と波長４０５ｎｍの青色光とで比べると、青色光での方が望ましい特性を出すことが難しい。そこで、対物レンズは、青色光で球面収差が補正された非球面レンズを使う。そのため、青色光に対して回折素子は補正効果を持たず、赤色光に対して基板の厚さの違いにより発生する球面収差を補正する補正効果を持たせる。本実施の形態においては、青色光で球面収差が補正された対物レンズ１１を用い、次世代高密度光ディスクに対しては青色光で０次光を利用し、ＤＶＤに対しては赤色光で＋１次回折光を利用する事になる。
【００４７】
即ち、対物レンズ１１は、４０５ｎｍ付近の波長（青色光）で球面収差が補正されている。そのため、上記接合型回折素子１０は、４０５ｎｍ付近の波長に対して回折素子は補正効果を持たず、一方、６５０ｎｍ付近の波長（赤色光）に対して基板の厚さの違いにより発生する球面収差を補正する補正効果を持たせている。そして、接合型回折素子１０の２種類の材料は、赤色光で屈折率の波長分散が互いに異なるようなものを用い、屈折率に差を生じさせている。上記接合面の形状と、上記２種類の材料の屈折率の差とによって、赤色光の光束を基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂに絞り込んだときに発生する球面収差が補正される。これによって、スポットＳＰｂも良好な集光特性を得ることができる。
【００４８】
光ディスク１３ｂからの反射光は、対物レンズ１１、接合型回折素子１０、ミラー９、球面収差補正系８、１／４波長板７を通過し、ダイクロプリズム５で波長分離される。その後、ミラー６を経てビームスプリッタ４ｂによって反射され、再生信号検出光学系１４ｂに入射する。再生信号検出光学系１４ｂでは、再生信号検出光学系１４ａと同様に、自動焦点あるいはトラック追従といった光点制御信号、及び光ディスクに記録された情報信号の再生が行われる。
【００４９】
次に、上記光ピックアップ装置で用いられる接合型回折素子１０について、図２及び図３を参照して、さらに詳細に説明する。なお、図２は上記接合型回折素子を光軸方向の断面図であり、図３は上記接合型回折素子１０を光軸方向から見た平面図である。
【００５０】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、接合型回折素子１０は、光を透過する基板１０ａにブレーズ状の段差が深さｄとなるように形成されたものの上に、さらに１０ｂの基板を重ねている。また、図３に示すように、上記の段差は、それぞれ基板上に同心円状に形成されており、これらの段差が接合面に形成されることによって、回折作用を示す接合型回折素子１０となる。この時、その接合面の段差は、図２（ａ）に示すような鋸歯状、もしくは図２（ｂ）に示すような階段状となるように形成される。例えば、鋸歯状断面の回折格子は、回折効率が高いので有利である。回折格子断面形状の作成法として、ダイヤモンドバイトなどで精密切削する方法、フォトリソグラフィ技術を応用する方法等があり、必要に応じて適宜種々の方法を選択することができる。これによって、鋸歯形状の回折格子は又は擬似的にブレーズを形成した階段状の回折格子ができる。上記接合型回折素子１０の接合面において、ブレーズ状の段差が形成された基板１０ａと重その上に重ねて形成される基板１０ｂとは、隙間なく接合されている。
【００５１】
なお、上記鋸歯状あるいは階段状のブレーズ形状において、１つの山とその隣のもう１つの山との間隔をピッチ（ｐ）と呼ぶ。本実施の形態において、上記ピッチは、光ディスクの光透過層の厚さの違いにより発生する球面収差を補正するように設定されている。
【００５２】
この接合型回折素子１０において、接合面に形成される格段差の高さｄは、第１のレーザ光の０次回折光及び第２のレーザ光の＋１次回折光の回折効率が最大となる深さに設定する。具体的には、接合型回折素子１０を構成する基板としてガラス素材であるＨＯＹＡ（株）製のＴＰＨ５５及びＳＹＧＨ５２の２種類の材料を用いて、波長４０５ｎｍの第１のレーザ光の０次回折光、及び波長６５０ｎｍの第２のレーザ光の＋１次回折光の回折効率を、以下のようにして計算した。
【００５３】
本実施の形態における接合型回折素子１０は、そのピッチが波長より十分長いのでスカラー理論が適用でき、また、その深さが波長程度なのでいわゆる薄膜グレーティングとして扱える。この場合、回折効率ηｍは次式数１で表される（ｍは回折次数）。
【００５４】
【数１】
式中、Ａ（ｘ）は透過振幅分布、Φ（ｘ）は位相分布、ｐは接合型回折素子１０のピッチ、ｄは接合型回折素子１０の段差の深さを示している。計算においてはＡ（ｘ）＝１として規格化している。
【００５６】
ＴＰＨ５５及びＳＹＧＨ５２の上記各レーザ光に対する屈折率を、表１に示す。
【００５７】
【表１】
表１には、ＨＯＹＡ（株）製のガラス材料特性表に基づくガラス材料特性を示す。表１に示すように、上記２つのガラス素材（ＴＰＨ５５及びＳＹＧＨ５２）の屈折率は、波長４０５ｎｍにおいてはほぼ等しく（０．００４以下）、波長６５０ｎｍにおいては０．０４程度の差がある。このときの回折効率ηｍの計算結果を、図４のグラフに示す。図４において、横軸は回折格子（接合型回折素子１０）の深さｄ（図２（ａ）、（ｂ）参照）を示し、縦軸は深さｄに応じた回折効率ηｍの変化を示す。また、図４において、波長４０５ｎｍの０次光は実線で、波長６５０ｎｍの＋１次光は破線で示す。図４のグラフから、各々の波長で９０％以上の良好な回折効率を得るためには、段差の深さｄを約１５μｍから約２２μｍの間に設定すればよいことがわかる。
【００５９】
ここで、比較例として、前述の第２の従来例において使用される回折素子を用いた場合の回折効率の算出結果を図１０に示す。なお、図９には上記回折素子の断面形状を示す。図９において、ｐは回折素子のピッチを示し、ｄは回折素子に形成された段差の深さを示す。上記比較例においては、ｐを１６０〜２６０μｍの範囲で変化させ、回折素子の深さｄを０〜３μｍの範囲に変化させた。また、回折素子の基材としては、例えばＯＺ−１０００（日立化成製）のプラスチック材料を用いた。図１０において、横軸は回折素子の深さｄを、縦軸は回折素子の回折効率を示している。また、図１０において、波長４０５ｎｍの０次光は細い実線で、波長６５０ｎｍの＋１次光は太い実線で示す。
【００６０】
図１０に示すように、ブレーズ化した回折素子で青色光の０次光が８０％以上の回折効率を得るにはブレーズの深さが０．２μｍ以下である必要があるが、その深さでは赤色光の１次光の効率は１０％にも満たない事が分かる。従って、第２の従来例を、次世代高密度光ディスクとＤＶＤとの互換に適用すると、波長６５０ｎｍの赤色光で利用効率が低くなってしまう。
【００６１】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置に用いられる接合型回折素子１０は、従来使用されている回折素子と比較して、良好な回折効率を得られるのに加え、段差の深さｄについても容易に作成できる深さに設定できる。本実施の形態においては、接合型回折素子１０として、異なるガラス素材を組み合わせたものを使用したが、本発明はこれに限定されることなく、同様の効果が得られるものであれば、樹脂材料などを用いることもできる。樹脂材料を用いる例として、例えば、ブレーズ化した回折素子（基板１０ａ）の上に紫外線硬化樹脂を流し込んだ後、紫外線を照射して樹脂を硬化し、基板１０ｂを形成する方法を挙げることができる。これによれば、ブレーズ状の段差が形成された基板１０ａと、その上に重ねて形成される基板１０ｂとの間に隙間が生じないように接合することができる。
【００６２】
次に、上記接合回折素子１０の作用について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、波長４０５ｎｍの光束によって基板厚０．１ｍｍ（ｔ１）の光ディスク１３ａを記録再生する場合であり、図５（ｂ）は、波長６５０ｎｍの光束によって基板厚０．６ｍｍ（ｔ２）の光ディスク１３ｂを記録再生する場合である。
【００６３】
図５（ａ）に示すように、波長４０５ｎｍの光束は、接合型回折素子１０を通過した後、対物レンズ１１によって集光され光ディスク１３ａ上に光スポットＳＰａを形成する。接合型回折素子１０は、屈折率の波長依存性が相異なる２種類の材料を接合して形成されているが、この２種類の材質の屈折率ｎ１及びｎ２は、波長４０５ｎｍ付近でほぼ等しくなるように選定されている。従って、ほぼ平行光で入射した波長４０５ｎｍの光束に対して、接合型回折素子１０は影響を与えず、ほぼ平行光のまま０次光として透過させる。対物レンズ１１は、波長４０５ｎｍと基板厚０．１ｍｍに対して最適設計されているので、対物レンズ１１に入射する開口数０．８５の光束から、設計通りの良好な集光特性のスポットＳＰａが形成される。
【００６４】
一方、基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂの記録再生を行う場合は、図５（ｂ）に示すように、波長６５０ｎｍの光束の光ビームが照射される。接合型回折素子１０を構成する２種類の材質の屈折率ｎ１及びｎ２は、６５０ｎｍ付近の波長では、屈折率の波長依存性が異なるように選定されている。そのため、ブレーズ化された面で位相差が生じ、ほぼ平行光で入射した波長６５０ｎｍの光束は、接合型回折素子１０で回折する。接合型回折素子１０に形成された段差の深さｄは、屈折率ｎ１及びｎ２の差に最適となるように設定されていることが好ましく、これによって、入射光束のほぼ１００％が＋１次回折光となる。さらに、ブレーズ形状のピッチを所定の幅にして、光ディスクの基板厚ずれによって発生する球面収差を相殺する。以上のような設計により、波長４０５ｎｍ及び基板厚０．１ｍｍに対して最適設計された対物レンズ１１を用いても、基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂに良好な集光特性の光スポットＳＰｂを形成できる。
【００６５】
ところで、図５（ｂ）に示すように、接合型回折素子１０に６５０ｎｍのレーザ光が入射したとき、＋１次回折光のうち、開口数０．６（ＮＡ２）に対応した光束だけが対物レンズ１１の入射瞳内に入射するように設定されている。そのため、開口数０．６に対応しない外側の光は、対物レンズ１１に０次光で入射するように、接合型回折素子１０に鋸歯状もしくは階段状にブレーズ化しておく。即ち、接合型回折素子１０のうち、開口数０．６に対応した光束が通る場所にのみブレーズ化パターンを形成すれば、開口数０．６に対応した光束のみ対物レンズ１１の入射瞳内に入射するように、容易に光を振り分けることができる。
【００６６】
上述のように、上記光ピックアップ装置においては、６５０ｎｍのレーザ光の光束のうち、開口数が０．６に対応した光束だけが、接合型回折素子１０によって＋１次回折光で対物レンズ１１の入射瞳内に入射するようにしている。これによれば、上記＋１次回折光を対物レンズ１１によって基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂ上に集光したときに、開口数が０．６に対応した光束で絞り込まれた光スポットＳＰｂに対して良好な集光特性が得られる。
【００６７】
なお、開口数０．６に対応した光束よりも外側の光は、図５（ｂ）において点線で示すように、基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂ上には集光せず、手前のＳＰｂ’で集光する。上記外側の光は、光ディスク１３ｂの記録面上では、十分広がっているので、記録再生時に実質上は影響を及ぼさない。そのため、接合型回折素子１０を、開口制限フィルタと実質的に同等に作用させることができる。換言すれば、このような接合型回折素子１０を用いることで、開口制限フィルタを用いることなく、対物レンズ１１の開口数の切り換えを行うことができる。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、開口制限フィルタを用いて確実に対物レンズの開口数を切り換えるようにしてもよい。
【００６８】
また、より確実に対物レンズ１１の開口数を切り換えるために、図６（ａ）に示すような接合型回折素子１０を用いてもよい。図６（ａ）に示す接合型回折素子１０は、開口数０．６の範囲外に相当する領域において、開口数０．６の範囲内に設けられたブレーズ形状よりも狭いピッチのブレーズ形状が形成されている。上記のようなブレーズ形状を有する接合型回折素子１０は、波長６５０ｎｍのレーザ光を回折させる場合に、＋１次回折光のうち、開口数０．６の範囲外の光束については、対物レンズ１１に入射しないように発散光に回折させることができる。即ち、＋１次回折光のうち、開口数が０．６に対応した光束だけが対物レンズ１１の入射瞳内に入射し、それよりも外側の光は、対物レンズ１１の入射瞳の外側に向けて回折する。このような接合型回折素子１０を用いることで、開口制限フィルタを用いることなく、対物レンズ１１の開口数を確実に切り換えることができる。
【００６９】
さらに、接合型回折素子の他の例として、図６（ｂ）に示すような接合面の形状を有するものを用いてもよい。図６（ｂ）に示す接合型回折素子１０は、開口数０．６の範囲外に相当する領域において、開口数０．６の範囲内に設けられたブレーズ形状とは反対の方向にブレーズ形状が形成されている。上記のようなブレーズ形状を有する接合型回折素子１０は、波長６５０ｎｍの＋１次回折光のうち、開口数０．６の範囲外の光束については、収束光に回折させることができる。このような接合型回折素子１０を用いることで、開口数が０．６に対応した光束よりも外側の光は、図６（ｂ）において点線で示すように、基板厚０．６ｍｍの光ディスク１３ｂ上には集光せず、手前のＳＰｂ”で集光する。上記ＳＰｂ”は、図５（ｂ）の集光スポットＳＰｂ’よりもさらに手前であるため、光ディスク１３ｂの記録面上ではより広がっており、記録再生時に影響を及ぼさない。なお、図６（ｂ）に示す接合型回折素子１０に形成されるブレーズ形状は、図６（ａ）のようにピッチが狭くないため、図６（ａ）の接合型回折素子１０よりも容易に作成することができる。
【００７０】
なお、本実施の形態における接合型回折素子１０は、波長４０５ｎｍの青色光には影響を与えず、波長６５０ｎｍの赤色光のみに補正レンズとして作用するので、半導体レーザ１ｂと対物レンズ１１との間であれば、任意の場所に配置することが可能である。本実施形態においては、対物レンズ１１の移動に伴う光軸のずれによって集光特性が劣化しないように、接合型回折素子１０と対物レンズとを一体駆動させている。
【００７１】
本発明の他の実施形態として、例えば図７に示すような光ピックアップ装置を挙げることができる。図７に示すように、上記光ピックアップ装置は、青色光の半導体レーザ１ａと、赤色光の半導体レーザ１ｂとを一体化させたモジュール構造となっている。この構造を採用すれば、光ピックアップ装置を小型化することが可能である。また、従来公知の回折素子を用いて、半導体レーザ１ａ、１ｂと信号検出光学系１３ａ、１３ｂとを一体化したモジュール構造とすれば、さらに小型化された光ピックアップ装置を得ることが可能である。
【００７２】
本実施の形態においては、次世代高密度光ディスク（基板厚０．１ｍｍ、青色光利用）とＤＶＤ（基板厚０．６ｍｍ、赤色光利用）との互換可能な光ピックアップ装置を例に挙げて説明している。しかしながら、本発明の光ピックアップ装置は、上述の基板厚及び波長の光に限定することなく、多種多様な基板厚を有する２つの光ディスクの互換に対して利用することが可能である。
【００７３】
【実施例】
本発明の一実施例について、以下に説明する。
【００７４】
本実施例においては、次世代高密度光ディスク（波長４０５ｎｍ、基板厚０．１ｍｍ）及びＤＶＤ（波長６５０ｎｍ、基板厚０．６ｍｍ）における波面収差の具体的な計算を行った。その結果を以下に示す。この波面収差の算出は、ＴＰＨ５５及びＳＹＧＨ５２の２種類のガラスを用いた接合型回折素子１０、及び、表２、表３に示すレンズ構成の対物レンズを用いて行った。なお、表２は次世代高密度光ディスクの場合、表３はＤＶＤの場合のレンズ構成である。
【００７５】
【表２】
【表３】
表２、表３において、第１面（面番号１）、第３面（面番号３）は接合型回折素子１０の入射面及び出射面であり、第２面（面番号２）は、接合型回折素子１０のブレーズ化された接合面である。また、第４面（面番号４）、第５面（面番号５）は、対物レンズの面であり、第６面（面番号６）、第７面（面番号７）は、光ディスクの面である。
【００７８】
このときの位相関数Φ（ｒ）及び非球面Ｚは、それぞれ次式数２、数３で表される。
【００７９】
【数２】
（但し、ｍ：回折次数、λ：波長、ｒ：光軸からの半径、ＤＦ１〜ＤＦ５：係数）
【００８１】
【数３】
（但し、Ｚ：ＳＡＧ量、Ｒ：曲率半径、Ｋ：円錐係数、ｒ：光軸からの半径、Ａ〜Ｅ：非球面係数）
上記数２、及び数３に基づいて、各非球面レンズデータが算出され、表２ないし表５に示すレンズデータを有する非球面レンズが自動設計された。
【００８３】
【表４】
【表５】
ここで、表２に示す対物レンズは、青色光及び基板厚０．１ｍｍに対して最適設計されている。
【００８６】
接合型回折素子１０を挿入せず、表２に示す上記対物レンズ１１だけを使用した状態で、青色光及び基板厚０．１ｍｍの場合のＲＭＳ波面収差は、０．００２λとなった。球面収差０．００２λは十分小さい値であり、この球面収差での上記光ディスク１３ａの情報信号読み出しは十分可能である。
【００８７】
しかし、接合型回折素子１０を挿入せず、表３に示す上記対物レンズ１１だけを使用した状態で、赤色光及び基板厚０．６ｍｍの場合のＲＭＳ波面収差は０．５λとなった。球面収差０．５λはかなり大きな値であり、この球面収差での上記光ディスク１３ｂの情報信号読み出しは不可能である。
【００８８】
次に、接合型回折素子１０を挿入した場合において、青色光及び基板厚０．１ｍｍのときは、ＲＭＳ波面収差が０．００２λとなった。これは、接合型回折素子１０を挿入していない場合と同じく十分小さい収差であり、上記光ディスク１３ａの読み出しは十分可能である。また、赤色光及び基板厚０．６ｍｍのときは、球面収差が補正され、ＲＭＳ波面収差は０．００２λと十分に小さい数値となった。この場合、上記光ディスク１３ｂの情報信号の読み出しは、十分可能となる。
【００８９】
このときの接合型回折素子１０の接合面の形状を図８（ａ）に示す。図８（ａ）において、横軸は半導体レーザより出射したレーザ光の光軸からの距離（ｍ）を示し、縦軸はブレーズ形状の段差の深さｄ（μｍ）を示す。また、図８（ｂ）には、接合面においてピッチ（ｐ）が最小になっている領域の接合面の形状を示すグラフである。図８（ｂ）に示すように、接合型回折素子１０の最小ピッチ（ｐ）は、２０μｍであり、深さｄは、１９μｍである。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置は、第１の波長λ１の光を発する第１の光源と、前記波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を発する第２の光源とを備え、前記波長λ１の光は、集光手段によって第１の記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成して情報の記録あるいは再生を行い、前記波長λ２の光は、前記集光手段によって前記第１の記録媒体とは基板厚の異なる第２の記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成して、情報の記録あるいは再生を行う光ピックアップ装置において、前記第１および第２の光源と前記集光手段との間には、異なる２つの素材を接合して形成され、その接合面に回折格子の格子形状を有する接合型回折素子が設けられていることを特徴としている。
【００９１】
上記の構成によれば、一方の波長の光に対して屈折率がほぼ同じ素材を選択して、接合型回折素子を作成することによって、その波長の光の利用効率を向上させることなできる。また、もう一方の波長の光に対しては、記録再生を行う記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成できるように格子形状を形成することによって、上記もう一方の波長の光によって記録媒体の記録再生を良好に行うことができる。これによって、波長の大きさや基板厚の大きさに関わらず、波長差の大きい２つ光を使用して記録再生を行う第１の記録媒体及び第２の記録媒体のそれぞれに対して良好な集光スポットを形成することができる。
【００９２】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記第１の波長λ１の光が照射された場合の前記集光手段の開口数をＮＡ１とし、前記第２の波長λ２の光が照射された場合の前記集光手段の開口数をＮＡ２とすると、ＮＡ１はＮＡ２よりも大きいという構成であってもよい。
【００９３】
上記の構成によれば、第１の波長λ１の光によって第１の記録媒体の情報記録面上に形成される集光スポットを微小化させることができる。そのため、より記録密度の高い記録媒体の記録再生を行うことができる。
【００９４】
前記光ピックアップ装置において、開口数ＮＡ１が開口数ＮＡ２よりも大きい場合、前記第１の記録媒体の基板厚をｔ１とし、前記第２の記録媒体の基板厚をｔ２とすると、ｔ１はｔ２よりも小さいという構成であってもよい。
【００９５】
上記の構成によれば、開口数ＮＡ１がＮＡ２よりも大きい場合には、第１の記録媒体の基板厚ｔ２を薄くすれば、ＮＡ１を大きくしても記録媒体の傾きによる収差を小さく抑えることができる。
【００９６】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記集光手段は前記第１の波長λ１の光に対して収差が補正され、前記接合型回折素子の２つの素材は、前記第１の波長λ１において屈折率差が０．００４以下であることが好ましい。
【００９７】
上記の構成によれば、第１の波長λ１の光の利用効率をほぼ１００％にすることができ、良好な集光特性を有する集光スポットを第１の記録媒体の情報記録面上に形成することができる。
【００９８】
前記光ピックアップ装置において、前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記接合型回折素子の格子形状は、前記第２の波長λ２の光に対してブレーズ化されていることが好ましい。
【００９９】
上記の構成によれば、接合型回折素子の格子形状が第２の波長λ２に対してブレーズ化されているため、前記波長λ２の光に対しては前記接合型回折素子によって得られる１次回折光を利用して前記集光スポットを形成すれば、回折効率を向上させることができる。
【０１００】
前記光ピックアップ装置において、前記接合型回折素子の前記格子形状は、鋸歯状の断面を有していてもよい。
【０１０１】
上記の構成によれば、接合型回折素子の回折効率を向上させることができるため、消費電力を抑えても高出力な光を記録媒体へ照射することができ、かつ良好な光ピックアップを実現できる。
【０１０２】
前記光ピックアップ装置において、前記接合型回折素子の前記格子形状は、階段状の断面を有していてもよい。
【０１０３】
上記の構成によれば、鋸歯状の断面を有する格子形状よりも回折効率は低下するものの、より容易に格子形状を形成することができる。
【０１０４】
前記接合型回折素子において、開口数ＮＡ２に相当する光束の領域のみが前記接合面に格子形状を有していてもよい。
【０１０５】
上記の構成によれば、第２の波長λ２の光が照射された場合には、開口数ＮＡ２に相当する領域に照射された光束によって、第２の記録媒体の情報記録面上に集光スポットを形成することができるとともに、開口数ＮＡ２に相当する領域以外の領域に照射された光については、上記情報記録面上では集光せず十分に拡散されているので、記録再生には影響を与えない。そのため、開口制限フィルタなどを用いて開口数の変更を行う必要がなくなり、光ピックアップ装置の部品数を減らして装置の軽量化、小型化に貢献することができる。
【０１０６】
前記接合型回折素子において、前記波長λ２を有する光束に対応する開口数ＮＡ２に相当する光束の領域内と領域外とで１次回折光の集光点が異なるような格子形状を有していてもよい。
【０１０７】
上記の構成によれば、開口制限フィルタなどを用いることなく、波長の変化に合わせて集光手段の開口数を確実に切り換えることができる。そのため、光ピックアップ装置の部品数を減らすことができ、装置の軽量化、小型化に貢献できる。
【０１０８】
前記接合型回折素子と前記集光手段とは、一つの駆動手段に搭載されていてもよい。
【０１０９】
上記の構成によれば、接合型回折素子と集光手段とが一体となって動くため、記録媒体の面振れや記録媒体の情報トラックの回転偏心に対して、集光スポットを良好に追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る光ピックアップ装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本実施の一形態に係る光ピックアップ装置に用いられる接合型回折素子の光軸方向の断面図である。なお、（ａ）は接合面の形状が鋸歯状、（ｂ）は接合面の形状が階段状のものである。
【図３】本実施の一形態に係る光ピックアップ装置に用いられる接合型回折素子を光軸方向から見た平面図である。
【図４】本実施の一形態に係る光ピックアップ装置に用いられる接合型回折素子の回折効率の変化を算出した結果を示すグラフである。
【図５】本実施の一形態に係る光ピックアップ装置に用いられる接合型回折素子の作用を示す模式図である。（ａ）は、波長４０５ｎｍの光束によって基板厚ｔ１の光ディスクを記録再生する場合であり、（ｂ）は、波長６５０ｎｍの光束によって基板厚ｔ２の光ディスクを記録再生する場合である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、接合型回折素子の接合面が他の形状を有する場合の接合型回折素子の作用を示す模式図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る光ピックアップ装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】（ａ）は、本実施例における接合型回折素子の接合面の形状を示すグラフである。（ｂ）は、（ａ）を拡大したものであり、接合面においてピッチが最小になっている領域の接合面の形状を示すグラフである。
【図９】従来の光ピックアップ装置に用いられる回折素子の形状の一例を示す断面図である。
【図１０】従来の光ピックアップ装置に用いられる回折素子の回折効率の変化を算出した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ 半導体レーザ（第１の光源）
１ｂ 半導体レーザ（第２の光源）
２ａ・２ｂ コリメートレンズ
３ａ・３ｂ 整形光学系
４ａ・４ｂ ビームスプリッタ
５ ダイクロプリズム
７ １／４波長板
８ 球面収差補正系
９ ミラー
１０ 接合型回折素子
１０ａ・１０ｂ 基板（接合型回折素子）
１１ 対物レンズ（集光手段）
１２ アクチュエータ（駆動手段）
１３ａ・１３ｂ 光ディスク（記録媒体）
１４ａ・１４ｂ 再生信号検出光学系
ＳＰａ・ＳＰｂ 集光スポット
Claims (10)
- 第１の波長λ１の光を発する第１の光源と、前記波長λ１とは異なる第２の波長λ２の光を発する第２の光源とを備え、前記波長λ１の光は、集光手段によって第１の記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成して情報の記録あるいは再生を行い、前記波長λ２の光は、前記集光手段によって前記第１の記録媒体とは基板厚の異なる第２の記録媒体の情報記録面に集光スポットを形成して、情報の記録あるいは再生を行う光ピックアップ装置において、
前記第１および第２の光源と前記集光手段との間には、異なる２つの素材を接合して形成され、その接合面に回折格子の格子形状を有する接合型回折素子が設けられていることを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記第１の波長λ１の光が照射された場合の前記集光手段の開口数をＮＡ１とし、前記第２の波長λ２の光が照射された場合の前記集光手段の開口数をＮＡ２とすると、ＮＡ１はＮＡ２よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
- 前記開口数ＮＡ１が前記開口数ＮＡ２よりも大きい場合、前記第１の記録媒体の基板厚をｔ１とし、前記第２の記録媒体の基板厚をｔ２とすると、ｔ１はｔ２よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ装置。
- 前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記集光手段は前記第１の波長λ１の光に対して収差が補正され、前記接合型回折素子の２つの素材における前記第１の波長λ１の屈折率差が０．００４以下であることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記第１の波長λ１が前記第２の波長λ２よりも小さい場合、前記接合型回折素子の格子形状は、前記第２の波長λ２の光に対してブレーズ化されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
- 前記接合型回折素子の前記格子形状は、鋸歯状の断面を有していることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
- 前記接合型回折素子の前記格子形状は、階段状の断面を有していることを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
- 前記接合型回折素子において、開口数ＮＡ２に相当する光束の領域のみが前記接合面に格子形状を有していることを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
- 前記接合型回折素子において、前記波長λ２を有する光束に対応する開口数ＮＡ２に相当する光束の領域内と領域外とで１次回折光の集光点が異なるような格子形状を有することを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
- 前記接合型回折素子と前記集光手段とは、一つの駆動手段に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし９の何れか１項に記載の光ピックアップ装置。
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