JP2005182941A

JP2005182941A - 光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP2005182941A
Application number: JP2003424310A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suga; 健司菅
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】簡単な構造で、使用波長が異なる複数種類の光記録媒体を使用可能な光ピックアップ装置を提供すること。
【解決手段】本発明の光ピックアップ装置は、第１レーザー光Ｌ_１および第２レーザー光Ｌ_２を平行光として対物レンズ２に入射させ、第３レーザー光Ｌ_３を発散光として対物レンズ２に入射させるとともに、偏光性位相補正素子７０を有する。対物レンズ２は、第１レーザー光Ｌ_１が平行光として入射したときの球面収差が最小となるように形状が最適化されている。偏光性位相補正素子７０は、第２レーザー光Ｌ_２および第３レーザー光Ｌ_３に対しては球面収差を補正するよう作用し第１レーザー光Ｌ_１に対しては作用しないとともに、第２レーザー光Ｌ_２の球面収差を最小とするように特性が最適化されている。また、対物レンズ２に第３レーザー光Ｌ_３が入射したときの球面収差が最小となるように、第３レーザー光Ｌ_３の発散状態が最適化されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関する。

例えばブルーレイディスク（Blu-ray Disc）のような短波長（例えば４０５ｎｍ）の半導体レーザーを用いた新規格の高密度記録の光ディスク装置が実現する一方、利用者の手元には、従来の光記録媒体であるＣＤ、ＤＶＤが存在するので、これらを一つの光ディスク装置で取り扱えることが望ましい。最も簡単な方法としては、従来の光ピックアップと新規格用の光ピックアップとの双方を搭載する方法があるが、この方法では小型化・低コスト化を達成することは難しいので、光ピックアップについても共用化する必要がある。

高密度記録の新規格光ディスク装置では、対物レンズが記録面上に集光するスポット径を小さくするため、前述したように半導体レーザーを短波長化（例えば４０５ｎｍ）するとともに、対物レンズの開口数（以下、「ＮＡ」とも言う）を大きく（例えばＮＡ＝０．８５）する手法がとられる。この対物レンズとしては、例えば特許文献１に記載のような高屈折材料を用いた対物レンズが考えられる。しかしながら、上記対物レンズで光源の半導体レーザーの波長を変えてＣＤやＤＶＤを再生・記録する際には、色収差やディスクの厚さの違いによって発生する球面収差等の影響で対物先のスポットに影響を及ぼす。ＮＡが大きいレンズの場合、波長が変化すると、色収差や球面収差も大きく発生するからである。

そこで、異なる屈折率の平凹レンズと平凸レンズを互いの曲面を対向させた収差補正素子を使って色収差を補正する方法が特許文献２や特許文献３で提案されている。しかしながら、この場合、収差補正素子を設置するので、光学系が複雑化・大型化するという問題がある。

一方、広範囲の波長にわたり色収差を補正すれば、異なる波長の半導体レーザーを用いても、一つの対物レンズで構成することができる。その例として、特許文献４や特許文献５には、レンズの一方の面に輪帯状のパターンを設けた方法があるが、このような回折レンズは通常の硝子レンズと比較して透過率が悪いという欠点があり、また、上記大きな開口数の硝子レンズに輪帯状のパターンを設けることは困難である。

特開２００２−１５６５７９号公報特開平９−３１８８７３号公報特開２００１−３３７２６９号公報特開２００２−２９８４２２号公報特開２００２−１９７７１７号公報

本発明の目的は、簡単な構造で、使用波長が異なる複数種類の光記録媒体を使用可能な光ピックアップ装置を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（４）の本発明により達成される。
（１）使用波長が互いに異なる３種類の光記録媒体に対して使用可能な光ピックアップ装置であって、
対物レンズと、
第１波長の第１レーザー光を発する第１光源と、
第２波長の第２レーザー光を発する第２光源と、
第３波長の第３レーザー光を発する第３光源と、
前記第１レーザー光および前記第２レーザー光を平行光として前記対物レンズに入射させ、前記第３レーザー光を発散光として前記対物レンズに入射させるとともに、前記対物レンズの手前に配置された偏光性位相補正素子を有する導光光学系とを備え、
前記対物レンズは、前記第１レーザー光が平行光として入射したときの球面収差が最小となるように形状が最適化されており、
前記第１レーザー光、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光が前記偏光性位相補正素子を通過した後に前記対物レンズに入射するように構成されているとともに、前記偏光性位相補正素子に入射する前記第２レーザー光および前記第３レーザー光の偏光方向は、前記偏光性位相補正素子に入射する前記第１レーザー光の偏光方向に対し直交するように構成されており、
前記偏光性位相補正素子は、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光に対しては球面収差を補正するよう作用し前記第１レーザー光に対しては作用しないように構成されているとともに、前記第２レーザー光の球面収差を最小とするように特性が最適化されており、
前記対物レンズに入射する前記第３レーザー光は、球面収差が最小となるようにその発散状態が最適化されていることを特徴とする光ピックアップ装置。

（２）前記第１波長は、前記第２波長および前記第３波長の双方より短い上記（１）に記載の光ピックアップ装置。

（３）前記導光光学系は、前記第１光源から放たれた前記第１レーザー光を平行光にする第１コリメータレンズと、前記第２光源から放たれた前記第２レーザー光を平行光にする第２コリメータレンズとを有し、前記第１コリメータレンズは、前記第１波長の光に対して波面収差が最小となるように最適化されており、前記第２コリメータレンズは、前記第２波長の光に対して波面収差が最小となるように最適化されている上記（１）または（２）に記載の光ピックアップ装置。

（４）前記偏光性位相補正素子と前記対物レンズとの間に配置された、広帯域波長板と、前記対物レンズに入射する光の波長に応じて開口数を切り替える開口制限手段とを備える上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光ピックアップ装置。

本発明によれば、簡単な構造で、使用波長が異なる複数種類の光記録媒体を使用可能な光ピックアップ装置を提供することができる。

以下、本発明の光ピックアップ装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の光ピックアップ装置の実施形態を示す図である。

図１に示すように、光ピックアップ装置１は、ブルーレイディスク（以下、「ＢＤ」と言う）１００、ＤＶＤ２００およびＣＤ３００の３種類の光ディスク（光記録媒体）を使用可能なものであり、ガラス製の対物レンズ２と、半導体レーザー３と、ホログラムユニット４と、ホログラムユニット５と、フォトディテクタ（第１受光部）６と、導光光学系７とを有している。

半導体レーザー３は、ＢＤ用の波長４０５ｎｍの第１レーザー光Ｌ_１を発する第１光源３１１として機能する。また、フォトディテクタ６は、第１レーザー光Ｌ_１がＢＤ１００の記録面１０１で反射した反射光を受光する第１受光部として機能する。

ホログラムユニット４は、受発光部４１と、光束の分離を行うホログラム素子４２とで構成されている。受発光部４１には、ＤＶＤ用の波長約６６０ｎｍの第２レーザー光Ｌ_２を発する半導体レーザーで構成された第２光源４１１と、第２レーザー光Ｌ_２がＤＶＤ２００の記録面２０１で反射した反射光を受光する第２受光部として機能する受光素子とが設置されている。

ホログラムユニット５は、受発光部５１と、光束の分離を行うホログラム素子５２とで構成されている。受発光部５１には、ＣＤ用の波長７８０ｎｍの第３レーザー光Ｌ_３を発する半導体レーザーで構成された第３光源５１１と、第３レーザー光Ｌ_３がＣＤ３００の記録面３０１で反射した反射光を受光する第３受光部として機能する受光素子とが設置されている。

導光光学系７は、第１レーザー光Ｌ_１および第２レーザー光Ｌ_２を平行光として対物レンズ２に入射させるとともに、第３レーザー光Ｌ_３を発散光として対物レンズ２に入射させるように構成されている。

すなわち、導光光学系７は、第１レーザー光Ｌ_１および第２レーザー光Ｌ_２については無限光学系とされ、第３レーザー光Ｌ_３については有限光学系とされている。

この導光光学系７は、回折格子（グレーティング）７１と、第１コリメータレンズ７２と、整形プリズム７３と、ビームスプリッタ７４と、ＳＡ補償素子７５と、ビームスプリッタ７６と、波長選択アパーチャ７７と、コリメータレンズ８０と、集光シリンドリカルレンズ７８と、ビームスプリッタ７９と、偏光性位相補正素子７０と、広帯域波長板７１１と、１／２波長板７１２と、第２コリメータレンズ７１３とを有している。

ＳＡ補償素子７５は、電動により駆動され、光ディスクの厚さの変化によって生じる球面収差を補償する。なお、ＳＡ補償素子の代わりに液晶素子で、上記球面収差を補償しても良い。

波長選択アパーチャ７７は、光の波長に応じて光が透過可能な開口が同心円状に変化するよう構成されたものであり、対物レンズ２に入射する光の波長に応じて開口数を切り替える開口制限手段として機能する。

偏光性位相補正素子７０は、Ｓ偏光の光に対しては球面収差を補正するよう作用し、これと偏光方向が直交するＰ偏光の光に対しては作用しないように構成されている。この偏光性位相補正素子７０についての詳細な説明は省略するが、特開２００３−１４９４４３号公報および特開２００１−３１８２３１号公報に記載された偏光性位相補正素子を用いることができる。

広帯域波長板７１１は、第１レーザー光Ｌ_１に対しては１／４波長板として作用し、第２レーザー光Ｌ_２および第３レーザー光Ｌ_３に対しては１／２波長板として作用する。

半導体レーザー３は、Ｐ偏光の第１レーザー光Ｌ_１を発し、この第１レーザー光Ｌ_１は、回折格子７１を透過した後、第１コリメータレンズ７２を透過して平行光にされ、さらに整形プリズム７３、ビームスプリッタ７４、ＳＡ補償素子７５、ビームスプリッタ７６、偏光性位相補正素子７０を順次透過する。このとき、第１レーザー光Ｌ_１は、Ｐ偏光であるので、偏光性位相補正素子７０は作用しない。さらに、第１レーザー光Ｌ_１は、広帯域波長板７１１を透過して円偏光にされた後、波長選択アパーチャ７７を透過して、対物レンズ２に入射し、ＢＤ１００の記録面１０１上にスポットとして集光される。

第１レーザー光Ｌ_１が記録面１０１で反射した反射光は、ビームスプリッタ７４までは往路と同じ光路を戻り、ビームスプリッタ７４で反射し、コリメータレンズ８０および集光シリンドリカルレンズ７８を透過してフォトディテクタ６で受光され光電変換される。

ホログラムユニット４は、Ｐ偏光の第２レーザー光Ｌ_２を発し、この第２レーザー光Ｌ_２は、ビームスプリッタ７９を透過し、第２コリメータレンズ７１３を透過して平行光にされ、１／２波長板７１２を透過してＳ偏光にされる。さらに、第２レーザー光Ｌ_２は、ビームスプリッタ７６で反射し、偏光性位相補正素子７０を透過する。このとき、第２レーザー光Ｌ_２は、Ｓ偏光であるので、偏光性位相補正素子７０によって球面収差が補正される。さらに、第２レーザー光Ｌ_２は、広帯域波長板７１１、波長選択アパーチャ７７を順次透過し、対物レンズ２に入射して、ＤＶＤ２００の記録面２０１上にスポットとして集光される。

第２レーザー光Ｌ_２が記録面２０１で反射した反射光は、往路と同じ光路を戻り、ホログラムユニット４で受光され光電変換される。

ホログラムユニット５は、Ｐ偏光の第３レーザー光Ｌ_３を発し、この第３レーザー光Ｌ_３は、ビームスプリッタ７９を透過し、第２コリメータレンズ７１３を透過して発散角度が小さくされ、１／２波長板７１２を透過してＳ偏光にされる。さらに、第３レーザー光Ｌ_３は、ビームスプリッタ７６で反射し、偏光性位相補正素子７０を透過する。このとき、第３レーザー光Ｌ_３は、Ｓ偏光であるので、偏光性位相補正素子７０によって球面収差が補正される。さらに、第３レーザー光Ｌ_３は、広帯域波長板７１１、波長選択アパーチャ７７を順次透過し、対物レンズ２に入射して、ＣＤ３００の記録面３０１上にスポットとして集光される。

第３レーザー光Ｌ_３が記録面３０１で反射した反射光は、往路と同じ光路を戻り、ホログラムユニット５で受光され光電変換される。

なお、ホログラムユニット４、５内の第２光源４１１および第３光源５１１の設置向きを９０°変えて、Ｓ偏光のレーザー光を発するように構成すれば、１／２波長板７１２は無くてもよい。また、ホログラムユニット４、５は、無偏光性の光学ユニットである。

図２は、図１に示す光ピックアップ装置における対物レンズがレーザー光を集光して記録面上にスポットを形成する様子を示す図であり、図２（１）は、ＢＤ１００を使用する場合、図２（２）は、ＤＶＤ２００を使用する場合、図２（３）は、ＣＤ３００を使用する場合をそれぞれ示す。なお、図２においては、第１コリメータレンズ７２、第２コリメータレンズ７１３、偏光性位相補正素子７０および対物レンズ２以外の光学素子以外を省略して示している。また、図２（２）および（３）は、光軸が一直線になるように書き直して示している。

図２（１）に示すように、ＢＤ１００を使用する場合には、第１レーザー光Ｌ_１は、第１コリメータレンズ７２により平行光として対物レンズ２に入射して集光され、記録面１０１上にスポットを形成する。

本発明の光ピックアップ装置１における対物レンズ２は、第１レーザー光Ｌ_１が平行光として入射したときの球面収差が最小となるように形状が最適化されている。これにより、ＢＤ１００を使用する場合、記録面１０１上に良好なスポットを形成することができる。

この場合、前述したように、第１レーザー光Ｌ_１は、偏光性位相補正素子７０を透過するときＰ偏光であるので、偏光性位相補正素子７０は作用しない。

また、第１コリメータレンズ７２は、波長４０５ｎｍの光、すなわち第１レーザー光Ｌ_１に対して波面収差が最小となるように最適化されているのが好ましい。これにより、さらに収差が低減され、記録面１０１上により良好なスポットを形成することができる。

また、この場合、波長選択アパーチャ７７により、開口数は、ＮＡ＝０．８５とされる。また、記録面１０１は、ＢＤ１００の光照射側表面１０２から０．１ｍｍの距離にある。例えば対物レンズ２と光照射側表面１０２との間隙距離（ワーキングディスタンス）は、０．６ｍｍである。

図２（２）に示すように、ＤＶＤ２００を使用する場合には、第２レーザー光Ｌ_２は、第２コリメータレンズ７１３により平行光として対物レンズ２に入射して集光され、記録面２０１上にスポットを形成する。

この場合、前述したように、第２レーザー光Ｌ_２は、偏光性位相補正素子７０を透過するときＳ偏光であるので、偏光性位相補正素子７０は、球面収差を補正するよう作用する。さらに、本発明の光ピックアップ装置１における偏光性位相補正素子７０は、波長６６０ｎｍの光、すなわち第２レーザー光Ｌ_２の球面収差を最小とするように特性が最適化されている。これにより、ＤＶＤ２００を使用する場合、記録面２０１上に良好なスポットを形成することができる。

また、第２コリメータレンズ７１３は、波長６６０ｎｍの光、すなわち第２レーザー光Ｌ_２に対して波面収差が最小となるように最適化されているのが好ましい。これにより、さらに収差が低減され、記録面２０１上により良好なスポットを形成することができる。

また、この場合、波長選択アパーチャ７７により、開口数は、ＮＡ＝０．６５とされる。また、記録面２０１は、ＤＶＤ２００の光照射側表面２０２から０．６ｍｍの距離にある。例えば対物レンズ２と光照射側表面２０２との間隙距離（ワーキングディスタンス）は、０．５１ｍｍである。

図２（３）に示すように、ＣＤ３００を使用する場合には、第３レーザー光Ｌ_３は、発散光として対物レンズ２に入射して集光され、記録面３０１上にスポットを形成する。

この場合、前述したように、第３レーザー光Ｌ_３は、偏光性位相補正素子７０を透過するときＳ偏光であるので、偏光性位相補正素子７０は、球面収差を補正するよう作用する。

また、本発明の光ピックアップ装置１では、対物レンズ２に第３レーザー光Ｌ_３が入射したときの球面収差が最小となるように、第３光源５１１の設置位置を最適化することにより、対物レンズ２に入射する第３レーザー光Ｌ_３の発散状態（発散角度）が最適化されている。この第３レーザー光Ｌ_３の発散状態の最適化と、上述した偏光性位相補正素子７０の作用との相乗効果により、第３レーザー光Ｌ_３の球面収差が小さくなり、よって、ＣＤ３００を使用する場合、記録面３０１上に良好なスポットを形成することができる。

また、この場合、波長選択アパーチャ７７により、開口数は、ＮＡ＝０．５０とされる。また、記録面３０１は、ＣＤ３００の光照射側表面３０２から１．２ｍｍの距離にある。例えば対物レンズ２と光照射側表面３０２との間隙距離（ワーキングディスタンス）は、０．２８１ｍｍである。

なお、第３光源５１１と第２コリメータレンズ７１３との間の光路に、例えばカップリングレンズのような、正のパワーを有するレンズを設置しても良い。これにより、コリメータレンズ７１３と第３光源５１１との距離を短くすることができ、さらなる小型化が図れる。また、第３光源５１１が発した光をより多く利用することができる。

以上説明したように、本発明の光ピックアップ装置１では、使用波長が異なるＢＤ１００、ＤＶＤ２００、ＣＤ３００のいずれを用いる場合であっても球面収差を少なくすることができるので、記録面上に良好なスポットを形成することができる。

また、対物レンズ２が一つだけの簡単な光学系構造で上記効果を達成することができ、光ピックアップ装置の小型化や製造コストの低減が図れる。また、十分なワーキングディスタンスを得ることができる。

以上、本発明の光ピックアップ装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、光ピックアップ装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

本発明の光ピックアップ装置の実施形態を示す図である。図１に示す光ピックアップ装置における対物レンズがレーザー光を集光して記録面上にスポットを形成する様子を示す図である。

符号の説明

１光ピックアップ装置
２対物レンズ
３半導体レーザー
３１１第１光源
４ホログラムユニット
４１受発光部
４１１第２光源
４２ホログラム素子
５ホログラムユニット
５１受発光部
５１１第３光源
５２ホログラム素子
６フォトディテクタ
７導光光学系
７０偏光性位相補正素子
７１回折格子
７２第１コリメータレンズ
７３整形プリズム
７４ビームスプリッタ
７５ＳＡ補償素子
７６ビームスプリッタ
７７波長選択アパーチャ
７８集光シリンドリカルレンズ
７９ビームスプリッタ
７１１広帯域波長板
７１２１／２波長板
７１３第２コリメータレンズ
８０コリメータレンズ
１００ＢＤ
１０１記録面
１０２光照射側表面
２００ＤＶＤ
２０１記録面
２０２光照射側表面
３００ＣＤ
３０１記録面
３０２光照射側表面
Ｌ_１第１レーザー光
Ｌ_２第２レーザー光
Ｌ_３第３レーザー光

Claims

使用波長が互いに異なる３種類の光記録媒体に対して使用可能な光ピックアップ装置であって、
対物レンズと、
第１波長の第１レーザー光を発する第１光源と、
第２波長の第２レーザー光を発する第２光源と、
第３波長の第３レーザー光を発する第３光源と、
前記第１レーザー光および前記第２レーザー光を平行光として前記対物レンズに入射させ、前記第３レーザー光を発散光として前記対物レンズに入射させるとともに、前記対物レンズの手前に配置された偏光性位相補正素子を有する導光光学系とを備え、
前記対物レンズは、前記第１レーザー光が平行光として入射したときの球面収差が最小となるように形状が最適化されており、
前記第１レーザー光、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光が前記偏光性位相補正素子を通過した後に前記対物レンズに入射するように構成されているとともに、前記偏光性位相補正素子に入射する前記第２レーザー光および前記第３レーザー光の偏光方向は、前記偏光性位相補正素子に入射する前記第１レーザー光の偏光方向に対し直交するように構成されており、
前記偏光性位相補正素子は、前記第２レーザー光および前記第３レーザー光に対しては球面収差を補正するよう作用し前記第１レーザー光に対しては作用しないように構成されているとともに、前記第２レーザー光の球面収差を最小とするように特性が最適化されており、
前記対物レンズに入射する前記第３レーザー光は、球面収差が最小となるようにその発散状態が最適化さ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波長は、前記第２波長および前記第３波長の双方より短い請求項１に記載の光ピックアップ装置。
前記導光光学系は、前記第１光源から放たれた前記第１レーザー光を平行光にする第１コリメータレンズと、前記第２光源から放たれた前記第２レーザー光を平行光にする第２コリメータレンズとを有し、前記第１コリメータレンズは、前記第１波長の光に対して波面収差が最小となるように最適化されており、前記第２コリメータレンズは、前記第２波長の光に対して波面収差が最小となるように最適化されている請求項１または２に記載の光ピックアップ装置。
前記偏光性位相補正素子と前記対物レンズとの間に配置された、広帯域波長板と、前記対物レンズに入射する光の波長に応じて開口数を切り替える開口制限手段とを備える請求項１ないし３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。