JP2005166173A - 光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 ＣＤに対する記録／再生を行う際の対物レンズのトラッキングによるコマ収差の発生を低減することが可能な光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】 本発明の光ピックアップ装置は、記録密度が互いに異なる３種類の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行うものであり、第１光束を射出する第１光源と、該第１光束よりも波長が長い第２光束を射出する第２光源と、回折構造が形成された光学面を少なくとも１つ有する回折レンズと、前記回折レンズを通過した光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物レンズとを有し、前記第１光束により前記第１光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２光束により前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置に関する。
従来より、異なる記録密度の複数種類の光ディスクに対して記録／再生を行うことが可能な光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）とＣＤ（コンパクトディスク）を１つのピックアップ装置を用いて記録／再生するものがある。異なる記録密度の複数種類の光ディスクに対して互換性を有するためには、光ピックアップ装置において異なる波長の光を用い、それぞれの波長に対応した記録密度の光ディスクに対して記録／再生を行う方法がある（特許文献１及び２参照。）。
特開２００２−２７７７３２号公報 特開２００２−２９８４２２号公報
上記の特許文献１に記載されている技術は、対物レンズ表面に、光軸を中心とする輪帯構造を設け、それぞれの輪帯内に複数の階段構造を形成するものであり、輪帯内に形成した階段構造の段差を、ＤＶＤの記録／再生波長λ２とＣＤの記録／再生波長λ３のいずれか一方の波長（例えばλ２）に対して、隣接する階段構造同士で実質的に光路差が付加されずに、他方の波長（例えばλ３）にのみ光路差が与えられるように設定し、波長選択的に入射光束を回折させることでＤＶＤとＣＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正する技術である。
近年、記録密度が異なる光ディスクとして、青紫色半導体レーザを用いる高密度光ディスクと、従来のＤＶＤ、ＣＤと互換性のある光ピックアップ装置が要求されてきているが、上記の対物レンズにおいて、隣接する階段構造同士の段差を、高密度光ディスクの記録／再生波長λ１に対して、ｄ＝２・λ１／（Ｎ１−１）で算出される高さに設定し、かつ、１つの輪帯を５分割又は６分割することで、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正しつつ、いずれの波長に対しても高い透過率を実現できる。ただし、Ｎ１は波長λ１の光に対する対物レンズの屈折率である。
しかるに、高密度光ディスクの記録／再生波長λ１に対して、ＣＤの記録／再生波長λ３は略２倍であるので、段差が上記式を満たすように決定された階段構造では、波長λ３の光に対して１×λ３の光路差が付加される。これは、波長λ３の光に対しては実質的に光路差が付加されないことに相当するので、かかる階段構造では、高密度光ディスクとＣＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正することができない。
また、特許文献２に記載されているように、高密度光ディスクの記録／再生波長λ１が入射した場合に発生する回折光の回折次数に対して、ＤＶＤの記録／再生波長λ２が入射した場合に発生する回折光の回折次数がより低次数となるようなブレーズ型回折構造を、対物レンズ表面に設ける技術が知られている。
例えば、波長λ１の光が入射した場合に発生する回折光の回折次数を２、波長λ２の光が入射した場合に発生する回折光の回折次数を１と設定することで、それぞれの波長に対して高い回折効率を確保しつつ、それぞれの波長に対する回折作用（回折角）の違いを利用して、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正することができる。
しかるに、波長λ１に対して、波長λ３は略２倍であるので、波長λ１と波長λ３に対する回折作用（回折角）はほぼ同じとなるため、波長λ３にして高い回折効率を確保できるものの、かかる回折構造では、高密度光ディスクとＣＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正することができない。
以上より、上記の特許文献１や２に記載されている回折構造を利用する対物レンズにおいては、波長λ３の光を発散光束として入射させることで、高密度光ディスクとＣＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正する必要がある。
ところが、高密度光ディスクとＣＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正するためには、波長λ３の光の発散度合いを大きく設定する必要があり、これにより、対物レンズがトラッキングした際にコマ収差が大きく発生し、良好なトラッキング特性が得られないという課題がある。
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、ＣＤに対する記録／再生を行う際の対物レンズのトラッキングによるコマ収差の発生を低減することが可能な光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を提供することである。
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、記録密度が最も高い第１光ディスクと、該第１光ディスクよりも記録密度が低い第２光ディスクと、該第２光ディスクよりも記録密度が低い第３光ディスクとの記録密度が互いに異なる３種類の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置であって、第１光束を射出する第１光源と、該第１光束よりも波長が長い第２光束を射出する第２光源と、回折構造が形成された光学面を少なくとも１つ有する回折レンズと、前記回折レンズを通過した光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物レンズとを有し、前記第１光束により前記第１光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２光束により前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行うことを特徴とする。
本明細書においては、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光ディスクを総称して「高密度光ディスク」といい、ＮＡ０．８５の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．１ｍｍ程度である規格の光ディスクの他に、ＮＡ０．６５の対物光学系により情報の記録／再生を行い、保護層の厚さが０．６ｍｍ程度である規格の光ディスクも含むものとする。また、このような保護層をその情報記録面上に有する光ディスクの他に、情報記録面上に数〜数十ｎｍ程度の厚さの保護膜を有する光ディスクや、これらの保護層或いは保護膜の厚さが０の光ディスクも含むものとする。また、本明細書においては、高密度光ディスクには、情報の記録／再生用の光源として、青紫色半導体レーザや青紫色ＳＨＧレーザを使用する光磁気ディスクも含まれるものとする。
また、本明細書においては、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−Ａｕｄｉｏ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷ等のＤＶＤ系列の光ディスクを総称して「ＤＶＤ」といい、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ａｕｄｉｏ、ＣＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系列の光ディスクを総称して「ＣＤ」という。
また、本明細書においては、ブレーズ型回折構造、或いは、階段型回折構造に、「第ｉ光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数ｎｉ」とは、回折構造において第ｉ光束が入射した場合に発生する様々な回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光の回折次数を指す。
請求項１に記載の発明によると、ＣＤに対する記録／再生を、回折構造により、第１光束とは異なる回折作用を受ける第２光束で行うことで、高密度光ディスクとＣＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正することが可能となる。その結果、ＣＤに対する記録／再生を行う際の対物レンズの倍率を小さく設定する必要がなくなるので、対物レンズのトラッキングによるコマ収差の発生を低減することが可能となり、良好なトラッキング特性が得られる。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記回折構造は、その内部に階段構造が形成された複数の同心円状の輪帯が配列された重畳型回折構造であって、該重畳型回折構造は、前記第１光束には実質的に位相差を与えず、前記第２光束にのみ位相差を与えることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２に記載の光ピックアップ装置において、前記第１光束は４５０ｎｍ以下であり、前記第２光束は６３０ｎｍ乃至６８０ｎｍの範囲内であって、前記重畳型回折構造の任意の輪帯における分割数Ｎ、隣接する階段構造同士の段差ｄμｍ、及び任意の輪帯により前記第２光束に付加される光路差φ２が次式（１）乃至（４）を満たすことを特徴とする。
３≦Ｎ≦１０ （１）
ｄ＝２ｍ・λ１／（Ｎ１−１） （２）
０＜｜ＩＮＴ（φ２）−φ２｜≦０．４ （３）
φ２＝ｄ・Ｎ・（Ｎ２−１）／λ２ （４）
但し、λ１は前記第１光束の波長、λ２は前記第２光束の波長、ｍは５以下の正の整数、Ｎ１は前記λ１に対する前記回折レンズの屈折率、Ｎ２は前記λ２に対する前記回折レンズの屈折率、ＩＮＴ（φ２）は、φ２に最も近い整数である。
請求項３に記載の発明は、高密度光ディスクの記録／再生波長と、ＤＶＤ及びＣＤの記録／再生波長とに対して高い透過率を確保しつつ、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を良好に補正するための、階段型回折構造の好ましい形状に関する。各輪帯の分割数Ｎと隣接する階段構造同士の段差ｄを（１）式及び（２）式を満たすように決定することで、各階段構造の幅が小さくなり過ぎず、また、各輪帯の光軸方向の高さが大きくなり過ぎないので、階段型回折構造の金型加工を容易に行うことが可能となり、また、半導体レーザ光源の発振波長の個体差による透過率低下を少ないものとすることが可能となる。更に、第２光束に対する各輪帯あたりの光路差付加量φ２が（３）式を満たすように、各輪帯の分割数Ｎと隣接する階段構造同士の段差ｄを決定することで、第２光束の透過率を高めることが可能となる。
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記回折構造は、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の同心円状の輪帯が配列されたブレーズ型回折構造であって、該ブレーズ型回折構造は、前記第１光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数ｎ１（ｎ１≧２）に対して、前記第２光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数ｎ２がより低次数となることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１に記載の光ピックアップ装置において、前記回折構造は、巨視的に凹面又は凸面の光学面上に形成され、光軸を含む断面形状が階段形状とされた複数の同心円状の輪帯が配列された階段型回折構造であって、該階段型回折構造は、前記第１光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数ｎ１（ｎ１≧２）に対して、前記第２光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数ｎ２がより低次数となることを特徴とする。
請求項４又は５の発明によると、第１光束の回折次数ｎ１よりも第２光束の回折次数ｎ２がより低次数となるように、ブレーズ型回折構造或いは、階段型回折構造の隣接する輪帯間の段差を決定することで、いずれの波長に対しても高い回折効率を確保しつつ、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正することが可能となる。
請求項６記載の発明は、請求項４又は５に記載の光ピックアップ装置において、前記第１光束は４５０ｎｍ以下であり、前記第２光束は６３０ｎｍ乃至６８０ｎｍの範囲内であって、前記回折次数ｎ１とｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（５，３）、（８，５）、（１０，６）のいずれかであることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記光ピックアップ装置は、前記対物レンズを光軸垂直方向に駆動させるアクチュエータを更に有し、前記回折レンズは前記対物レンズと一体となって前記アクチュエータにより少なくとも光軸垂直方向に駆動されることを特徴とする。
請求項７に記載の発明によると、対物レンズがトラッキングした際の、回折レンズと対物レンズとの光軸ずれによるコマ収差の発生を抑制することが出来るので、高密度光ディスク、ＤＶＤ、及びＣＤに対する記録／再生を行う際の対物レンズのトラッキング特性を良好なものにすることが可能となる。
請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第１光ディスクは厚さが０．２ｍｍ以下の保護層を有する光ディスクであり、前記第２光ディスクは厚さが０．５５ｍｍ乃至０．６５ｍｍの範囲内の保護層を有する光ディスクであり、前記第２光束により前記第２光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際における、前記対物レンズの開口数をＮＡ２としたとき、前記回折構造は、前記ＮＡ２内に対応する領域に形成されていることを特徴とする。
請求項８に記載の発明によると、ＤＶＤに対する記録／再生する際における対物レンズの開口数ＮＡ２内でのみ、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差が補正されるので、スポットが必要以上に絞られることが無く、ＤＶＤのチルトによるコマ収差量が大きくなり過ぎない。また、開口数ＮＡ２から外側の領域を通過する第２光束は、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因する球面収差を有することになり、ＤＶＤの情報記録面上ではスポットの形成に寄与しないフレアー成分となる。これは回折レンズがＤＶＤに対する開口切替機能を有することと等価であるので、本発明による光ピックアップ装置は、ＮＡ２に対応する絞りを別途搭載する必要が無く、その構成を簡略なものにすることが可能となる。
請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第３光ディスクは厚さが１．１５ｍｍ乃至１．２５ｍｍの範囲内の保護層を有する光ディスクであって、前記第２光束により前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際における、前記回折レンズと前記対物レンズとの合成光学系の倍率ｍ３が次式を満たすことを特徴とする。
−０．０１≦ｍ３＜０ （５）
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第３光ディスクは厚さが１．１５ｍｍ乃至１．２５ｍｍの範囲内の保護層を有する光ディスクであって、前記第２光束により前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際に生じる球面収差を補正する球面収差補正手段を有することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、ＣＤの記録／再生波長としてＤＶＤと同じ第２光束を使用する場合における、ＣＤに対する記録／再生する際の、回折レンズと対物レンズとの合成系の倍率範囲に関する。階段型回折構造の各輪帯の幅を、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差が補正されるように最適化した場合、ＤＶＤとＣＤの保護層の厚さの違いに対応する球面収差が残存する。この残存した球面収差を補正するために、ＣＤに対する記録／再生する際における、回折レンズと対物レンズとの合成光学系の倍率ｍ３を（５）式を満たすように設定するのが好ましい。ＣＤの記録／再生波長として７８５ｎｍ近傍の光束を使用する場合には、倍率ｍ３を（５）式よりも小さく設定する必要があり、対物レンズのトラッキングによるコマ収差の発生が大きくなるが、ＣＤの記録／再生波長として、ＤＶＤと同じ第２光束を使用することで倍率ｍ３を（５）式の範囲内とすることが出来るので、対物レンズのトラッキングによるコマ収差の発生を低減することが可能なる。
また、回折レンズと対物レンズとの合成光学系の倍率ｍ３を（５）式を満たすように設定する替わりに、請求項１０に記載の発明のように、第２光束により第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際に生じる球面収差を補正する球面収差補正手段を設けるものとしても良い。或いは、ｍ３をより大きく設定することで残存した球面収差を球面収差補正手段により補正する構成としても良く、これによりＣＤに対する記録／再生する際のトラッキング特性をより良好なものにすることが可能となる。
請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第２光束により前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際における、前記対物レンズの開口数ＮＡ３が次式を満たすことを特徴とする。
０．３６＜ＮＡ３＜０．４３
請求項１１に記載の発明は、ＣＤに対する記録／再生する際における対物レンズの開口数範囲に関する。ＣＤの記録／再生波長として７８５ｎｍ近傍の光束を使用する場合、対物レンズの開口数ＮＡ３は０．４５又は０．５０であって、この波長と開口数により得られるスポット径は、１．４３μｍ又は１．２９μｍである。本発明による光ピックアップ装置のように、ＣＤの記録／再生波長として、ＤＶＤの記録／再生波長である第２光束を利用する場合には、上記のスポット径を得るのに必要な開口数ＮＡ３は、０．３７５又は０．４１７（但し、第２光束の波長を６５５ｎｍとした）となる。従って、本発明による光ピックアップ装置においては、開口数ＮＡ３を（６）式を満たすように設定することで、ＣＤに対する記録／再生に必要な所望のスポット径を得ることが可能となる。また、対物レンズにおいて発生するコマ収差はＮＡ3／λ（但し、ＮＡは対物レンズの開口数であり、λは対物レンズへの入射波長）に比例して増大するが、本発明による光ピックアップ装置では、ＣＤに対する記録／再生する際における対物レンズの開口数ＮＡ３を（６）式の範囲内に設定するので、記録／再生波長として７８５ｎｍ近傍の光束を使用する場合よりも対物レンズのトラッキングによるコマ収差の発生を抑制することが可能なる。
請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記第２光束により前記第２光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際における、前記対物レンズの開口数をＮＡ２とし、前記第２光束により前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際における、前記対物レンズの開口数をＮＡ３としたとき、前記光ピックアップ装置は、前記ＮＡ２と前記ＮＡ３の違いに応じて前記対物レンズの開口を切り替える開口素子を更に有することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明によると、ＣＤに対する記録／再生する際において、スポットが必要以上に絞られることが無く、ＣＤのチルトによるコマ収差量が大きくなり過ぎす、対物レンズのトラッキングによるコマ収差の発生を低減することが可能なる。かかる開口素子としては、記録／再生を行う光ディスクの記録密度に応じて、開口の大きさを変化させることが可能な可変絞りであっても良いし、開口数に対応する絞りを光ディスクの種類毎に用意しておき、記録／再生を行う光ディスクの記録密度に応じて、光源と光ディスクとの間の光路中に挿入する絞りを機械的に切り替えるものであっても良いし、透過率の偏光依存性を有する偏光フィルタであっても良いし、液晶シャッターであっても良いし、或いは、入射光束の偏光状態に依存して入射光束を回折させる偏光ホログラムであっても良い。また、開口素子は、光源と回折レンズとの間の光路中に配設されても良いし、回折レンズと対物レンズとの間の光路中に配設されても良いし、或いは、対物レンズと光ディスクとの間の光路中に配設されても良い。
請求項１３記載の発明は、請求項１２に記載の光ピックアップ装置において、前記開口素子は、外部からの制御信号に基づいて前記対物レンズに入射する前記第２光束の偏光面を所定量変換させる偏光面変換手段を備えたことを特徴とする。
請求項１４記載の発明は、請求項１３に記載の光ピックアップ装置において、前記偏光面変換手段を液晶素子により構成したことを特徴とする。
ＮＡ２とＮＡ３の違いに応じて対物レンズの開口を切り替える開口素子は、請求項１３に記載のような対物レンズに入射する第２光束の偏光面を所定量変換させる偏光面変換手段を備えた構成とするのが、開口素子の構成を簡略なものにすることが可能となるので好ましい。特に、かかる偏光面変換手段を請求項１４に記載のような液晶素子により構成し、上述した偏光フィルタとを組合わせて使用することで、機械的可動部が無い簡略な構成の開口素子が得られる。
請求項１５記載の発明は、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置において、前記光ピックアップ装置は、前記対物レンズを光軸垂直方向に駆動させるアクチュエータを更に有し、前記開口素子は前記対物レンズと一体となって前記アクチュエータにより少なくとも光軸垂直方向に駆動されることを特徴とする。
請求項１５に記載の発明によると、対物レンズがトラッキングした際の、開口素子と対物レンズとの光軸ずれを抑制することが出来るので、ＣＤに対する記録／再生を行う際の対物レンズのトラッキング特性を良好なものにすることが可能となる。
請求項１６記載の発明は、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする。
請求項１６に記載の発明によると、請求項１乃至１５のいずれか一項と同様の効果を得られる。
本発明によれば、ＣＤに対する記録／再生を行う際の対物レンズのトラッキングによるコマ収差の発生を低減することが可能な光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置を得られる。
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
[第１の実施の形態]
図１は、高密度光ディスクＨＤ（第１光ディスク）とＤＶＤ（第２光ディスク）とＣＤ（第３光ディスク）に対して適切に情報の記録／再生を行える第１の光ピックアップ装置ＰＵ１の構成を概略的に示す図である。高密度光ディスクＨＤの光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤの光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．３８６である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
図１に示す第１の光ピックアップ装置ＰＵ１は、高密度光ディスクＨＤ（第１光ディスク）、ＤＶＤ（第２光ディスク）及びＣＤ（第３光ディスク）に対して適切に情報の記録／再生を行える光ピックアップ装置である。光ピックアップ装置ＰＵ１は、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され４０８ｎｍの第１光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１（第１光源）、ＤＶＤ及びＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合に発光され６５８ｎｍの第２光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２（第２光源）、第１光束及び第２光束共通の光検出器ＰＤ、青紫色半導体レーザＬＤ１から射出されるレーザ光束の断面形状を楕円形から円形に整形するためのビーム整形素子ＢＳＨ、各光束を情報記録面ＲＬ１及びＲＬ２上に集光させる機能を有する対物光学系ＯＢＪ軸アクチュエータＡＣ、第１のビームスプリッタＢＳ１、第２のビームスプリッタＢＳ２、第１コリメート光学系ＣＯＬ１、第２コリメート光学系ＣＯＬ２、絞りＳＴＯ、センサーレンズＳＥＮ、液晶素子ＬＣＤ（開口素子）等から構成されている。
光ピックアップ装置ＰＵ１において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において実線でその光線経路を描いたように、まず、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＢＳＨを通過する際に、その断面形状が楕円形から円形に整形され、第１コリメート光学系ＣＯＬ１を透過することにより平行光束に変換された後、第１のビームスプリッタＢＳ１、第２のビームスプリッタＢＳ２、液晶素子ＬＣＤを順に通過し、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。
なお、対物光学系ＯＢＪについての詳しい説明は後述する。
対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、液晶素子ＬＣＤを通過し、第２のビームスプリッタＢＳ２で分岐され、センサーレンズＳＥＮを通過する際に非点収差が与えられ、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において点線でその光線経路を描いたように、まず、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第２コリメート光学系ＣＯＬ２を透過することにより平行光束に変換された後、第１のビームスプリッタＢＳ１で反射して、第２のビームスプリッタＢＳ２、液晶素子ＬＣＤを順に通過し、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。
そして、対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、液晶素子ＬＣＤを通過し、第２のビームスプリッタＢＳ２で分岐され、センサーレンズＳＥＮを通過する際に非点収差が与えられ、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図１において二点鎖線でその光線経路を描いたように、まず、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第２コリメート光学系ＣＯＬ２を透過することにより平行光束に変換された後、第１のビームスプリッタＢＳ１で反射して、第２のビームスプリッタＢＳ２、液晶素子ＬＣＤを順に通過し、対物光学系ＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。
そして、対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、液晶素子ＬＣＤを通過し、第２のビームスプリッタＢＳ２で分岐され、センサーレンズＳＥＮを通過する際に非点収差が与えられ、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
次に、対物光学系ＯＢＪの構成について説明する。
対物光学系ＯＢＪは、図２に示すように、回折レンズＬ１と、この回折レンズＬ１を透過したレーザ光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた対物レンズＬ２とから構成されている。回折レンズＬ１と対物レンズＬ２は共にプラスチックレンズであり、それぞれの光学機能部の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２が形成されており、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を嵌合することで一体化されている。
対物光学系ＯＢＪを設計する際に仮定した高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、及びＣＤの光学的仕様は、高密度光ディスクＨＤが、波長λ１＝４０8ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５であり、ＤＶＤが、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５であり、ＣＤが、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ３＝０．３８６である。但し、波長、保護層の厚さ、及び開口数の組合せはこれに限られない。
回折レンズＬ１の光源側の光学面Ｓ１は、図３（ａ）に示すように、ＮＡ２内の領域に対応する第１領域ＡＲＥＡ１と、ＮＡ２からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２とに分割されており、図２（ａ）に示すように、その内部に階段構造が形成された複数の輪帯が、光軸を中心として配列された構造である重畳型回折構造ＨＯＥが第１領域ＡＲＥＡ１に形成されている。.
第１領域ＡＲＥＡ１に形成された重畳型回折構造ＨＯＥにおいて、各輪帯内に形成された階段構造同士の段差ｄμｍは、
ｄ＝２・λ１／（Ｎ１−１）（μｍ）
で算出される値に設定され、各輪帯の分割数Ｎは５に設定されている。
但し、λ１は青紫色半導体レーザから射出されるレーザ光束の波長をミクロン単位で表したものであり（ここでは、λ１＝０．４０８μｍ）、Ｎ１は回折レンズＬ１の波長λ１に対する屈折率である（ここでは、Ｎ１＝１．５２４２）。
この重畳型回折構造ＨＯＥに対して、波長λ１のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段間では２×λ１（μｍ）の光路差が発生し、波長λ１のレーザ光束は実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する。尚、以下の説明では、重畳型回折構造により実質的に位相差が与えられずにそのまま透過する光束を０次回折光という。
一方、この重畳型回折構造ＨＯＥに対して、赤色半導体レーザから射出される波長λ２（ここでは、λ２＝０．６５８μｍ）のレーザ光束が入射した場合、隣接する階段間ではｄ×（Ｎ２−１）−λ２＝０．１３μｍの光路差が生じることになり、５分割された輪帯１つ分では、０．１３×５＝０．６５μｍと波長λ２の１波長分の光路差が生じるので、隣接する輪帯を透過した波面がそれぞれ１波長ずれて重なり合うことになる。即ち、この重畳型回折構造ＨＯＥにより波長λ２の光束は１次方向に回折される回折光となる。尚、Ｎ２は回折レンズＬ２の波長λ２に対する屈折率である（ここでは、Ｎ２＝１．５０６４）。このときの波長λ２のレーザ光束の１次回折光の回折効率は、８７．５％となるが、ＤＶＤやＣＤに対する情報の記録／再生には十分な光量である。
重畳型回折構造ＨＯＥの各輪帯の幅Λiは、高密度光ディスクとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差が補正されるように最適化されているので、ＤＶＤとＣＤの保護層の厚さの違いに対応する球面収差が残存する。この残存した球面収差を補正するために、第２の光ピックアップ装置ＰＵ２では、ＣＤに対する記録／再生する際における対物光学系ＯＢＪの倍率ｍ３を−０．０７２５に設定している。
更に、回折レンズＬ１の光ディスク側の光学面Ｓ２は、図３（ｃ）に示すように、ＮＡ２内の領域に相当する光軸を含む第３領域ＡＲＥＡ３と、ＮＡ２からＮＡ１までの領域に相当する第４領域ＡＲＥＡ４とに分割されており、ブレーズ型回折構造ＤＯＥ１、ＤＯＥ２が、それぞれ、第３領域ＡＲＥＡ３と第４領域ＡＲＥＡ４に形成されている。ブレーズ型回折構造ＤＯＥ１、ＤＯＥ２は、青紫色領域における対物光学系ＯＢＪの色収差を補正するための構造である。
また、本発明においては、階段型回折構造の任意の輪帯における分割数Ｎ、隣接する階段構造同士の段差ｄμｍ、及び任意の輪帯により前記第２光束に付加される光路差φ２が次式（１）乃至（４）を満たす。
３≦Ｎ≦１０ （１）
ｄ＝２ｍ・λ１／（Ｎ１−１） （２）
０＜｜ＩＮＴ（φ２）−φ２｜≦０．４ （３）
φ２＝ｄ・Ｎ・（Ｎ２−１）／λ２ （４）
但し、ｍは５以下の正の整数、ＩＮＴ（φ２）はφ２に最も近い整数である。
対物光学系ＯＢＪは連結部材ＨＭ（図１を参照）を介して液晶素子ＬＣＤと一体化されており、対物光学系ＯＢＪは液晶素子ＬＣＤと一体となってトラッキングやフォーカシングを行う。
ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際には、液晶素子ＬＣＤにより開口の切り替えを行う。液晶素子ＬＣＤにより開口切り替えを行う技術は、例えば、特開平１０−２０２６３に記載されており、公知の技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。これにより、ＣＤに対する情報の記録／再生を行う際において、スポットが必要以上に絞られることが無く、ＣＤのチルトによるコマ収差量が大きくなり過ぎない。
また、重畳型回折構造ＨＯＥは、回折レンズＬ１の第１領域ＡＲＥＡ１にのみ形成されているので、第２領域ＡＲＥＡ２を通過する第２光束は、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上ではスポットの形成に寄与しないフレアー成分となる。従って、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う際には、回折レンズＬ１により開口切り替えが行われる。
また、液晶素子ＬＣＤにより、開口を切り替えに加えて、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットや、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差を補正しても良く、これにより、高密度光ディスクＨＤやＤＶＤに対する記録／再生特性を向上させることができる。
更に、ＤＶＤとＣＤとの保護層の厚さの違いに対応する球面収差を、液晶素子ＬＣＤにより補正しても良く、これにより、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の対物光学系ＯＢＪの倍率ｍ３をより大きく設定することが可能となるので、トラッキング特性をより良好なものにすることができる。
液晶素子ＬＣＤにより球面収差の補正を行う技術は、例えば、特開平１０−２０２６３に記載されており、公知の技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
[第２の実施の形態]
次に、本発明の第２の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
図４に示すように、光ピックアップ装置ＰＵ２は、第１光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１、ＤＶＤ用として使用される第２光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２、ＣＤ用として使用される第２光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２´、第１及び第２光束共通の光検出器ＰＤ、第１レンズＥＸＰ１及び第２レンズＥＸＰ２からなるビームエキスパンダー光学系ＥＸＰ、１軸アクチュエータＡＣ１、対物光学系ＯＢＪ、２軸アクチュエータＡＣ２、第１のビームスプリッタＢＳ１、第２のビームスプリッタＢＳ２、第３のビームスプリッタＢＳ３、第１コリメート光学系ＣＯＬ１、第２コリメート光学系ＣＯＬ２、第３コリメート光学系ＣＯＬ３、偏光フィルタＰＦ（開口素子）等から構成されている。
高密度光ディスクＨＤ用の第１光束及びＤＶＤ用の第２光束は、それぞれ青紫色半導体レーザＬＤ１及び赤色半導体レーザＬＤ２から所定方向（例えば紙面に対して垂直方向）に偏光された状態で出射され、ＣＤ用として使用される第２光束は赤色半導体レーザＬＤ２´から所定方向に直交する方向（例えば紙面に対して平行方向）に偏光された状態で出射されるようになっている。
偏光フィルタＰＦは連結部材ＨＭ（図４を参照）を介して対物光学系ＯＢＪと一体化されており、対物光学系ＯＢＪと一体となってトラッキングやフォーカシングを行う。
また、偏光フィルタＰＦは、ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域（図４の偏光フィルタＰＦの正面図における斜線部分）において、上記所定方向に偏光された高密度光ディスクＨＤ用の第１光束とＤＶＤ用の第２光束を透過し、所定の方向に対して直交する方向に偏光したＣＤ用の第２光束を遮断又は反射する特性を有し、ＮＡ３内に対応する領域（図４の偏光フィルタＰＦの正面図において、斜線部分に囲まれた部分）において、高密度光ディスクＨＤ用の第１光束、ＤＶＤ用の第２光束及びＣＤ用の第２光束を全て透過する特性を有するので、かかる偏光フィルタＰＦによりＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の開口切り替えを行うことが可能となる。
なお、本実施の形態の対物光学系ＯＢＪの構成は、第１の実施の形態の対物光学系ＯＢＪの構成と同様であるのでその説明を省略する。
光ピックアップ装置ＰＵ２において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図４において実線でその光線経路を描いたように、まず、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＢＳＨを通過する際に、その断面形状が楕円形から円形に整形され、第１コリメート光学系ＣＯＬ１を透過することにより平行光束に変換された後、第１のビームスプリッタＢＳ１、第２のビームスプリッタＢＳ２、第３のビームスプリッタＢＳ３、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を順に通過し、対物光学系ＯＢＪによって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。
そして、対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１を通過し、第３のビームスプリッタＢＳ３で分岐され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図４において点線でその光線経路を描いたように、まず、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第２コリメート光学系ＣＯＬ２を通過することにより平行光束に変換された後、第１のビームスプリッタＢＳ１で反射され、第２のビームスプリッタＢＳ２、第３のビームスプリッタＢＳ３、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を順に通過し、対物光学系ＯＢＪによってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。
そして、対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１を通過し、第３のビームスプリッタＢＳ３で分岐され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、赤外半導体レーザＬＤ２´から射出される光束が対物光学系ＯＢＪに対して発散光として入射するように、対物光学系ＯＢＪの波長λ２の光束に対する倍率ｍ３が（５）式を満たすように第１レンズＥＸＰ１を１軸アクチュエータＵＡＣにより移動させておく。
そして、図４において二点鎖線でその光線経路を描いたように、まず、赤外半導体レーザＬＤ２´を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ２´から射出された発散光束は、第３コリメート光学系ＣＯＬ３を通過することにより平行光束に変換された後、第３のビームスプリッタＢＳ３で反射され、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２を通過することにより発散光として偏光フィルタＰＦに至る。
上述のように、偏光フィルタＰＦは、ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域において、所定の方向に対して直交する方向に偏光したＣＤ用の第２光束を遮断又は反射する特性を有し、ＮＡ３内に対応する領域において、ＣＤ用の第２光束を透過する特性を有する。従って、偏光フィルタＰＦのＮＡ３内に対応する領域に至った光束のみが偏光フィルタＰＦを透過し、対物光学系ＯＢＪによってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。
そして、対物光学系ＯＢＪは、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１を通過し、第３のビームスプリッタＢＳ３で分岐され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
なお、本実施の形態においては、高密度光ディスクＨＤ用の第１光束及びＤＶＤ用の第２光束は、それぞれ青紫色半導体レーザＬＤ１及び赤色半導体レーザＬＤ２から所定方向に偏光された状態で出射され、ＣＤ用として使用される第２光束は赤色半導体レーザＬＤ２´から所定方向に直交する方向に偏光された状態で出射されるものとしたが、これに限らず、情報の記録／再生を行う光ディスクの種類に応じて、赤色半導体レーザＬＤ２から射出された光束の偏光方向を変換させることができる偏光方向変換手段（図示略）を配置する構成としても良い。具体的には、かかる偏光方向変換手段により、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２光束を所定方向（例えば紙面に対して垂直方向）に偏光した状態で対物光学系ＯＢＪに入射させ、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、第２光束を所定方向に直交する方向（例えば紙面に対して平行方向）に偏光した状態で対物光学系ＯＢＪに入射させるようにする。
このような、偏光方向変換手段として、前述した液晶素子ＬＣＤを用いても良いし、１／４波長板や１／２波長板等の波長板を機械的に回転させる構成としても良い。
また、ビームエキスパンダー光学系ＥＸＰにより、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットや、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差を補正しても良く、これにより、高密度光ディスクＨＤやＤＶＤに対する記録／再生特性を向上させることができる。
[第３の実施の形態]
次に、本発明の第２の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
図５に示すように、光ピックアップ装置ＰＵ３は、第１光束を射出する青紫色半導体レーザＬＤ１、ＤＶＤ用として使用される第２光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２、ＣＤ用として使用される第２光束を射出する赤色半導体レーザＬＤ２´、第１及び第２光束共通の光検出器ＰＤ、第１レンズＥＸＰ１及び第２レンズＥＸＰ２からなるビームエキスパンダー光学系ＥＸＰ、１軸アクチュエータＡＣ１、対物光学系ＯＢＪ´、２軸アクチュエータＡＣ２、第１のビームスプリッタＢＳ１、第２のビームスプリッタＢＳ２、第３のビームスプリッタＢＳ３、第１コリメート光学系ＣＯＬ１、第２コリメート光学系ＣＯＬ２、偏光フィルタＰＦ（開口素子）等から構成されている。
高密度光ディスクＨＤ用の第１光束及びＤＶＤ用の第２光束は、それぞれ青紫色半導体レーザＬＤ１及び赤色半導体レーザＬＤ２から所定方向（例えば紙面に対して垂直方向）に偏光された状態で出射され、ＣＤ用として使用される第２光束は赤色半導体レーザＬＤ２´から所定方向に直交する方向（例えば紙面に対して平行方向）に偏光された状態で出射されるようになっている。
偏光フィルタＰＦは、ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域（図５の偏光フィルタＰＦの正面図における斜線部分）において、上記所定方向に偏光された高密度光ディスクＨＤ用の第１光束とＤＶＤ用の第２光束を透過し、所定の方向に対して直交する方向に偏光したＣＤ用の第２光束を遮断又は反射する特性を有し、ＮＡ３内に対応する領域（図５の偏光フィルタＰＦの正面図において、斜線部分に囲まれた部分）において、高密度光ディスクＨＤ用の第１光束、ＤＶＤ用の第２光束及びＣＤ用の第２光束を全て透過する特性を有するので、かかる偏光フィルタＰＦによりＣＤに対して情報の記録／再生を行う際の開口切り替えを行うことが可能となる。
なお、対物光学系ＯＢＪ´についての詳しい説明は後述する。
光ピックアップ装置ＰＵ３において、高密度光ディスクＨＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図５において実線でその光線経路を描いたように、まず、青紫色半導体レーザＬＤ１を発光させる。青紫色半導体レーザＬＤ１から射出された発散光束は、ビーム整形素子ＢＳＨを通過する際に、その断面形状が楕円形から円形に整形され、第１コリメート光学系ＣＯＬ１を透過することにより平行光束に変換された後、第１のビームスプリッタＢＳ１、第３のビームスプリッタＢＳ３、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２、第２のビームスプリッタＢＳ２を順に通過し、対物光学系ＯＢＪ´によって高密度光ディスクＨＤの保護層ＰＬ１を介して情報記録面ＲＬ１上に形成されるスポットとなる。
そして、対物光学系ＯＢＪ´は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ１で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ´、第２のビームスプリッタＢＳ２、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１を通過し、第３のビームスプリッタＢＳ３で分岐され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いて高密度光ディスクＨＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図５において点線でその光線経路を描いたように、まず、赤色半導体レーザＬＤ２を発光させる。赤色半導体レーザＬＤ２から射出された発散光束は、第２コリメート光学系ＣＯＬ２を通過することにより平行光束に変換された後、第１のビームスプリッタＢＳ１で反射され、第３のビームスプリッタＢＳ３、第１レンズＥＸＰ１、第２レンズＥＸＰ２、第２のビームスプリッタＢＳ２を順に通過し、対物光学系ＯＢＪ´によってＤＶＤの保護層ＰＬ２を介して情報記録面ＲＬ２上に形成されるスポットとなる。
そして、対物光学系ＯＢＪ´は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ２で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物光学系ＯＢＪ´、第２のビームスプリッタＢＳ２、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１を通過し、第３のビームスプリッタＢＳ３で分岐され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＤＶＤに記録された情報を読み取ることができる。
また、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う場合には、図５において二点鎖線でその光線経路を描いたように、まず、赤外半導体レーザＬＤ２´を発光させる。赤外半導体レーザＬＤ２´から射出された発散光束は、第２のビームスプリッタＢＳ２で反射され、発散光として偏光フィルタＰＦに至る。
上述のように、偏光フィルタＰＦは、ＮＡ３からＮＡ１に対応する領域において、所定の方向に対して直交する方向に偏光したＣＤ用の第２光束を遮断又は反射する特性を有し、ＮＡ３内に対応する領域において、ＣＤ用の第２光束を透過する特性を有する。従って、偏光フィルタＰＦのＮＡ３内に対応する領域に至った光束のみが偏光フィルタＰＦを透過し、対物光学系ＯＢＪ´によってＣＤの保護層ＰＬ３を介して情報記録面ＲＬ３上に形成されるスポットとなる。
そして、対物光学系ＯＢＪ´は、その周辺に配置された２軸アクチュエータＡＣによってフォーカシングやトラッキングを行う。情報記録面ＲＬ３で情報ピットにより変調された反射光束は、対物光学系ＯＢＪ´、第２のビームスプリッタＢＳ２、第２レンズＥＸＰ２、第１レンズＥＸＰ１を通過し、第３のビームスプリッタＢＳ３で分岐され、光検出器ＰＤの受光面上に収束する。そして、光検出器ＰＤの出力信号を用いてＣＤに記録された情報を読み取ることができる。
次に、対物光学系ＯＢＪ´の構成について説明する。
対物光学系ＯＢＪ´は、対物光学系ＯＢＪと同様に、回折レンズＬ１と、この回折レンズＬ１を透過したレーザ光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有する両面が非球面とされた対物レンズＬ２とから構成されている。回折レンズＬ１と対物レンズＬ２は共にプラスチックレンズであり、それぞれの光学機能部の周囲には、光学機能部と一体に成形されたフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２が形成されており、かかるフランジ部ＦＬ１、ＦＬ２の一部同士を嵌合することで一体化されている。
対物光学系ＯＢＪ´を設計する際に仮定した高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、及びＣＤの光学的仕様は、対物光学系ＯＢＪと同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
回折レンズＬ１の光源側の光学面Ｓ１は、対物光学系ＯＢＪと同様にＮＡ２内の領域に対応する第１領域ＡＲＥＡ１と、ＮＡ２からＮＡ１までの領域に対応する第２領域ＡＲＥＡ２とに分割されており、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の同心円状の輪帯が配列されたブレーズ型回折構造ＤＯＥ３（図示略）が第１領域ＡＲＥＡ１に形成されている。
第１領域ＡＲＥＡ１に形成されたブレーズ型回折構造ＤＯＥ３は、第１光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光の回折次数ｎ１が２であって、第２光束が入射した場合に発生する回折光のうち、最大の回折効率を有する回折光の回折次数ｎ２が１となるように、各輪帯の光軸方向の段差の深さが決定されている。なお、ブレーズ型回折構造ＤＯＥ３の製造波長λＢを３９０ｎｍに設定されており、波長λ１のレーザ光束の２次回折光の回折効率は約９７％、波長λ２のレーザ光束の１次回折光の回折効率は約９４％と、いずれの波長に対しても高い回折効率が確保されている。
このブレーズ型回折構造ＤＯＥ３の作用により、それぞれの波長に対して高い回折効率を確保しつつ、波長λ１と波長λ２に対する回折作用（回折角）の違いを利用して、高密度光ディスクＨＤとＤＶＤとの保護層の厚さの違いに起因して発生する球面収差を補正している。
さらに、ＤＶＤとＣＤの保護層の厚さの違いに対応する球面収差を補正するために、第３の光ピックアップ装置ＰＵ３では、ＣＤに対して情報の記録／再生を行う際における対物光学系ＯＢＪ´の倍率ｍ３を−０．０７２５に設定している。
また、ブレーズ型回折構造ＤＯＥ３は、回折レンズＬ１の第１領域ＡＲＥＡ１にのみ形成されているので、第２領域ＡＲＥＡ２を通過する第２光束は、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上ではスポットの形成に寄与しないフレアー成分となる。従って、ＤＶＤに対して情報の記録／再生を行う際には、回折レンズＬ１により開口切り替えが行われる。
尚、ビームエキスパンダー光学系ＥＸＰは、高密度光ディスクＨＤの情報記録面ＲＬ１上に形成されたスポットや、ＤＶＤの情報記録面ＲＬ２上に形成されたスポットの球面収差を補正するための球面収差補正手段であり、これにより、高密度光ディスクＨＤやＤＶＤに対する記録／再生特性を向上させることができる。
次に、上記第２の光ピックアップ装置ＰＵ２に好適な対物光学系ＯＢＪの実施例について説明する。
表１は光学素子のレンズデータである。
Figure 2005166173
Figure 2005166173
 高密度光ディスクＨＤ使用時の光学的仕様は、波長λ１＝４０８ｎｍ、保護層ＰＬ１の厚さｔ１＝０．０８７５ｍｍ、開口数ＮＡ１＝０．８５、焦点距離ｆ１＝２．２００ｍｍ、倍率ｍ１＝０であり、ＤＶＤ使用時の光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ２の厚さｔ２＝０．６ｍｍ、開口数ＮＡ２＝０．６５、焦点距離ｆ２＝２．３０９ｍｍ、倍率ｍ２＝０であり、ＣＤ使用時の光学的仕様は、波長λ２＝６５８ｎｍ、保護層ＰＬ３の厚さｔ３＝１．２ｍｍ、開口数ＮＡ3＝０．３８６、焦点距離ｆ３＝２．３０９ｍｍ、倍率ｍ3＝−０．０７２５である。
光学面の非球面は、その面の頂点に接する平面からの変形量をＸ(mm)、光軸に垂直な方向の高さをｈ(mm)、曲率半径をr(mm)とするとき、表１中の係数を次の数１に代入した数式で表される。但し、κを円錐係数、A2iを非球面係数とする。
Figure 2005166173
 表１において、ＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３はそれぞれ高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの開口数、ｆ１、ｆ２、ｆ３はそれぞれ高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの焦点距離（ｍｍ）、λ１、λ２DVD、λ２CDはそれぞれ高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの設計波長（ｎｍ）、ｍ１、ｍ２、ｍ３はそれぞれ高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの倍率、ｔ１、ｔ２、ｔ３はそれぞれ高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの保護層厚さ（ｍｍ）、ＯＢＪは物点（半導体レーザ光源の発光点）、ＳＴＯは絞り、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄ１、ｄ２、ｄ３はそれぞれ高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの面間隔（ｍｍ）、Ｎλ１、Ｎλ２DVD、Ｎλ２CDはそれぞれ高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの設計波長に対する屈折率、νｄはｄ線（５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数、ｎ１、ｎ２、ｎ３はそれぞれ高密度光ディスクＨＤ、ＤＶＤ、ＣＤの記録／再生用ビームの回折次数、λＢは重畳型回折構造ＨＯＥ、及びブレーズ型回折構造ＤＯＥ１、ＤＯＥ２の製造波長（ｎｍ）を表す。
また、各実施例における回折構造は、この構造により透過波面に付加される光路差で表される。かかる光路差は、λを入射光束の波長、λBを回折構造の製造波長、光軸に垂直な方向の高さをｈ（ｍｍ）、B2jを光路差関数係数、ｎを回折次数とするとき
次の数２で定義される光路差関数φｂ（ｍｍ）で表される。
Figure 2005166173
回折レンズＬ１に設けた重畳型回折構造ＨＯＥに対して波長λ３＝７８５ｎｍのレーザ光束が入射した場合、λ３≒２×λ１であるので、隣接する階段間では１×λ３（μｍ）の光路差が発生し、波長λ３のレーザ光束も波長λ１のレーザ光束と同様に、実質的に位相差が与えられないので回折されずにそのまま透過する（０次回折光）。そのため、ＣＤの記録／再生波長として７８５ｎｍの光束を使用する場合（ＮＡ３＝０．４５）には、重畳型回折構造ＨＯＥによる球面収差補正効果が得られないので、６５８ｎｍの光束を使用する場合よりも対物光学系ＯＢＪの倍率ｍ３を小さく設定する必要がある。
具体的には、倍率ｍ３を−０．１３０に設定する。
図６に、ＣＤの記録／再生波長として、６５８ｎｍ（ＮＡ３＝０．３８６、ｍ３＝−０．０７２５）を使用する場合と、７８５ｎｍ（ＮＡ３＝０．４５、ｍ３＝−０．１３０）を使用する場合での、対物光学系ＯＢＪのレンズシフト特性を示す。
これから明らかなように、ＣＤの記録／再生波長としてＤＶＤと同じ６５８ｎｍの光束を利用することで、倍率ｍ３を大きくすることが出来、さらに、開口数ＮＡ３を小さく設定することが出来るので、対物光学系ＯＢＪのトラッキング特性を良好なものにすることが可能となる。
光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 対物光学系の構造を示す図面である。 回折レンズの構造を示す図面である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 光ピックアップ装置の構成を示す要部平面図である。 対物光学系ＯＢＪのレンズシフト特性を示すグラフである。
符号の説明
ＡＣ アクチュエータ
ＬＤ 光源
ＯＢＪ 対物光学系
ＰＵ 光ピックアップ装置
ＲＬ 情報記録面

Claims (16)

  1. 記録密度が最も高い第１光ディスクと、該第１光ディスクよりも記録密度が低い第２光ディスクと、該第２光ディスクよりも記録密度が低い第３光ディスクとの記録密度が互いに異なる３種類の光ディスクに対して情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ装置であって、
    第１光束を射出する第１光源と、該第１光束よりも波長が長い第２光束を射出する第２光源と、回折構造が形成された光学面を少なくとも１つ有する回折レンズと、前記回折レンズを通過した光束を光ディスクの情報記録面上に集光させるための対物レンズとを有し、
    前記第１光束により前記第１光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行い、前記第２光束により前記第２光ディスク及び前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行うことを特徴とする光ピックアップ装置。
  2. 前記回折構造は、その内部に階段構造が形成された複数の同心円状の輪帯が配列された重畳型回折構造であって、該重畳型回折構造は、前記第１光束には実質的に位相差を与えず、前記第２光束にのみ位相差を与える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。
  3. 前記第１光束は４５０ｎｍ以下であり、前記第２光束は６３０ｎｍ乃至６８０ｎｍの範囲内であって、前記重畳型回折構造の任意の輪帯における分割数Ｎ、隣接する階段構造同士の段差ｄμｍ、及び任意の輪帯により前記第２光束に付加される光路差φ２が次式（１）乃至（４）を満たす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。
    ３≦Ｎ≦１０ （１）
    ｄ＝２ｍ・λ１／（Ｎ１−１） （２）
    ０＜｜ＩＮＴ（φ２）−φ２｜≦０．４ （３）
    φ２＝ｄ・Ｎ・（Ｎ２−１）／λ２ （４）
    但し、λ１は前記第１光束の波長、λ２は前記第２光束の波長、ｍは５以下の正の整数、Ｎ１は前記λ１に対する前記回折レンズの屈折率、Ｎ２は前記λ２に対する前記回折レンズの屈折率、ＩＮＴ（φ２）は、φ２に最も近い整数である。
  4. 前記回折構造は、光軸を含む断面形状が鋸歯形状とされた複数の同心円状の輪帯が配列されたブレーズ型回折構造であって、該ブレーズ型回折構造は、前記第１光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数ｎ１（ｎ１≧２）に対して、前記第２光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数ｎ２がより低次数となる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。
  5. 前記回折構造は、巨視的に凹面又は凸面の光学面上に形成され、光軸を含む断面形状が階段形状とされた複数の同心円状の輪帯が配列された階段型回折構造であって、該階段型回折構造は、前記第１光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数ｎ１（ｎ１≧２）に対して、前記第２光束が入射した場合に発生する回折光の回折次数ｎ２がより低次数となる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。
  6. 前記第１光束は４５０ｎｍ以下であり、前記第２光束は６３０ｎｍ乃至６８０ｎｍの範囲内であって、前記回折次数ｎ１とｎ２の組合せが、（ｎ１，ｎ２）＝（２，１）、（３，２）、（５，３）、（８，５）、（１０，６）のいずれかであることを特徴とする請求項４又は５に記載の光ピックアップ装置。
  7. 前記光ピックアップ装置は、前記対物レンズを光軸垂直方向に駆動させるアクチュエータを更に有し、前記回折レンズは前記対物レンズと一体となって前記アクチュエータにより少なくとも光軸垂直方向に駆動されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  8. 前記第１光ディスクは厚さが０．２ｍｍ以下の保護層を有する光ディスクであり、前記第２光ディスクは厚さが０．５５ｍｍ乃至０．６５ｍｍの範囲内の保護層を有する光ディスクであり、前記第２光束により前記第２光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際における、前記対物レンズの開口数をＮＡ２としたとき、前記回折構造は、前記ＮＡ２内に対応する領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  9. 前記第３光ディスクは厚さが１．１５ｍｍ乃至１．２５ｍｍの範囲内の保護層を有する光ディスクであって、
    前記第２光束により前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際における、前記回折レンズと前記対物レンズとの合成光学系の倍率ｍ３が次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
    −０．０１≦ｍ３＜０ （５）
  10. 前記第３光ディスクは厚さが１．１５ｍｍ乃至１．２５ｍｍの範囲内の保護層を有する光ディスクであって、
    前記第２光束により前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際に生じる球面収差を補正する球面収差補正手段を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  11. 前記第２光束により前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際における、前記対物レンズの開口数ＮＡ３が次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
    ０．３６＜ＮＡ３＜０．４３ （６）
  12. 前記第２光束により前記第２光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際における、前記対物レンズの開口数をＮＡ２とし、前記第２光束により前記第３光ディスクに対する情報の記録及び／又は再生を行う際における、前記対物レンズの開口数をＮＡ３としたとき、前記光ピックアップ装置は、前記ＮＡ２と前記ＮＡ３の違いに応じて前記対物レンズの開口を切り替える開口素子を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  13. 前記開口素子は、外部からの制御信号に基づいて前記対物レンズに入射する前記第２光束の偏光面を所定量変換させる偏光面変換手段を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の光ピックアップ装置。
  14. 前記偏光面変換手段を液晶素子により構成したことを特徴とする請求項１３に記載の光ピックアップ装置。
  15. 前記光ピックアップ装置は、前記対物レンズを光軸垂直方向に駆動させるアクチュエータを更に有し、前記開口素子は前記対物レンズと一体となって前記アクチュエータにより少なくとも光軸垂直方向に駆動されることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置。
  16. 請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光ピックアップ装置を搭載したことを特徴とする光情報記録再生装置。
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