JP2005276333A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の光源から射出される光ビームを効率良く活用して、光学式情報記録媒体に記録されている情報を精度良く検知することができる光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】 光ピックアップ装置は、集光レンズ３２とフォトダイオード３０の間に配置された光軸補正部２０を備えている。光軸補正部２０は、バイナリー型の回折光学素子と、回折光学素子のバイナリー段部に密着するようにして配置された液晶体とを有している。液晶体の屈折率は、複数の光源から射出されるレーザービームに応じて液晶回路によって調整されている。液晶回路は、回折光学素子におけるレーザービームの回折効率を上げるようにして液晶体の屈折率を調整している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、特に、複数種類の光学式情報記録媒体に対応可能な光ピックアップ装置に関する。

レーザービーム等の光ビームを使用して情報の光学的な読み込みあるいは書き込みが行われる光学式情報記録媒体として、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）が広く普及している。また近年では、「ＨＤ ＤＶＤ（商標）」や「Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（商標）」に代表されるように、ＣＤやＤＶＤよりも記憶容量が大きい光学式情報記録媒体の開発が進んでおり、今後も様々なタイプの光学式情報記録媒体が開発されていくことが期待されている。

このような光学式情報記録媒体に対して記録情報の読み込みあるいは書き込みを行う際には、光学式情報記録媒体の種類に応じた最適な波長の光ビームを使用する必要がある。このため、複数種類の光学式情報記録媒体に対応可能な光ピックアップ装置では、複数の光源を設けて、波長が異なる複数の光ビームを各光源から射出させることがある。

複数の光源から光ビームを射出させる場合には、通常、各光ビームは光軸が一致しない状態で光源から射出される。光軸が一致していない複数の光ビームを用いて、各種の光学式情報記録媒体に記録されている情報の読み取りを行う場合には、情報の読み取り誤差を生じてしまうことがある。

そのため、複数の光源から光ビームを射出させる場合に、光学式情報記録媒体に記録されている情報の読み取り精度を向上させるための工夫が従来から行われている。例えば、複数の光源から射出された光ビームの光軸を一致させるために、平行な光線として射出された２つのレーザービームを第１の回折格子および第２の回折格子を用いて同じ光軸上に導く技術が知られている（特許文献１参照）。
特開２００２−３２３６７７号公報

回折格子のような回折光学素子では、回折光学素子自体の特性や入射する光ビームの特性に応じた回折効率に基づいて、光ビームが回折される。入射する光ビームのすべてに対して回折効率を１００％に維持することは難しく、回折光学素子において回折させる光ビームはエネルギーロスが生じることとなる。従って、光源から射出された光ビームが、光学式情報記録媒体に照射される前に回折光学素子において回折されることは、エネルギーロスが少ない状態で光ビームを光学式情報記録媒体に照射させる観点からは好ましくない。特に、光学式情報記録媒体に記録されている情報の読み込みだけでなく、新たな情報の書き込みが可能な光ピックアップ装置では、情報の書き込み時に強度の大きい光ビームを使用する必要があるので、光源からは非常に大きな強度を有する光ビームを射出させる必要がある。

また、光学式情報記録媒体に記録されている情報の読み取り精度を向上させるためには、光学式情報記録媒体の情報記録面において反射された光ビームがフォトダイオードのような光情報検知手段に対して適切に照射されることが大切である。特に、光情報検知手段に照射される光ビームの位置が正規の位置から外れてしまうことを防ぐことは、読み取り精度を向上させるうえで非常に重要である。

また、上記の従来技術のように、２つの光源から射出される光ビームに対応可能な光ピックアップ装置は、比較的簡素な構造で実現可能だが、３つ以上の光源から射出される光ビームに対応可能な光ピックアップ装置は、構造が複雑化してしまう。そのため、３つ以上の光源から射出される光ビームに対して適切に対応可能な光ピックアップ装置を簡素な構造で実現する手法の提案が望まれている。特に、ＣＤやＤＶＤに加えて、上述のＨＤ ＤＶＤやＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃのような今後開発される光学式情報記録媒体に対しても互換性をもった光ピックアップ装置は、今後ますますニーズが高まってくることが予想される。

本発明は上述の事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の光源から射出される光ビームを効率良く活用して、光学式情報記録媒体に記録されている情報を精度良く検知することができる光ピックアップ装置を提供することにある。

本発明は光ピックアップ装置に関する。この光ピックアップ装置は、光ビームを射出可能な２以上の光源を含む発光手段と、前記発光手段から射出される光ビームを光学式情報記録媒体に照射する光ビーム照射手段と、前記光学式情報記録媒体によって反射された光ビームの光軸を補正する光軸補正手段と、前記光軸補正手段において光軸が補正された光ビームが照射され、前記光学式情報記録媒体に記録されている情報を照射された光ビームに基づいて検知する光情報検知手段と、を備え、前記光軸補正手段は、前記光学式情報記録媒体によって反射された光ビームが入射する位置に配置され、光ビームが前記光情報検知手段の所定位置に照射されるように、入射した光ビームの光軸を補正する回折光学素子と、前記回折光学素子に密着した状態で配置され、印加される電圧に応じて屈折率を変化させる屈折率可変部材と、前記発光手段から射出される光ビームに応じて、前記屈折率可変部材に対する電圧印加状態を変化させて前記屈折率可変部材の屈折率を調節する屈折率調整手段と、を有する。

当該光ピックアップ装置によれば、発光手段の各光源から射出される光ビームの各々は、光ビームに応じて屈折率可変部材の屈折率が調節され回折光学素子における光ビームの回折効率が調整された状態で、回折光学素子において光軸の方向が補正される。これにより、光ビームは光情報検知手段の所定位置に適切に照射されて、光情報検知手段は、前記光学式情報記録媒体によって反射された光ビームに基づいて記録情報を精度良く読み取ることができる。また、このような作用効果は、主として光軸補正手段を構成する回折光学素子、屈折率可変部材、および屈折率調整手段という、簡素な構成によって達成される。

前記屈折率調整手段は、前記回折光学素子における光ビームの回折効率を上げるようにして、前記屈折率可変部材に対する電圧印加状態を変化させて当該屈折率可変部材の屈折率を調節することもできる。これにより、各光源から射出される光ビームが効率良く活用される。

回折光学素子は、バイナリー型の回折光学素子とすることもできる。バイナリー型の回折光学素子を用いれば、各光源から射出される光ビームの光軸の方向を簡単に補正することができる。

また、回折光学素子は、複数の光源から射出される光ビームの光軸を適切な方向に補正することができるものであって、上記の屈折率可変部材の屈折率に応じて回折効率を調整することができるもの全般を含みうる。

発光手段は、波長が異なる３以上の光ビームを射出可能であり、屈折率調整手段は、発光手段から射出される光ビームに応じて、屈折率可変部材に対する電圧印加状態を変化させて屈折率可変部材の屈折率を調節することもできる。

３以上の光源から光ビームが射出される場合には、単一の回折光学素子によって高い回折効率を保持することが特に難しくなる傾向がある。本発明は、３以上の光源から射出される光ビームを用いる場合であっても十分に対応可能である。従って、発光手段が３以上の光源を含む場合に、本発明の利用意義はとりわけ大きなものとなる。なお、２つの光源を含む場合であっても本発明の利用意義があることはいうまでもない。

発光手段から射出可能な光ビームの各々は、異なる色のスペクトル範囲に属していてもよい。ここでいう「スペクトル範囲」とは、例えば同一色を呈する波長の範囲をいう。

このように、発光手段から射出可能な光ビームの各々が、異なる色のスペクトル範囲に属し、波長が各光ビーム間で大きく異なる場合には、単一の回折光学素子によって高い回折効率を保持することが特に難しくなる傾向がある。本発明は、各光源から射出される光ビーム間の波長が大きく異なる場合であっても十分に対応可能である。従って、各光源から射出される光ビームの各々が異なる色のスペクトル範囲に属し、波長が各光ビーム間で大きく異なる場合に、本発明の利用意義はとりわけ大きなものとなる。

前記光情報検知手段に照射される光ビームの強度を検出する光ビーム強度検出手段、を更に備え、前記屈折率調整手段は、前記光ビーム強度検出手段の検出結果を考慮して、前記屈折率可変部材に対する電圧印加状態を調節してもよい。

この場合には、屈折率調整手段によって調節される屈折率可変部材に対する電圧印加状態が、光ビーム強度検出手段の検出結果に応じてフィードバック的に調整される。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや組み替え、本発明を方法として表現したものも、本発明の態様として有効である。

上述のように本発明によれば、複数の光源から射出される光ビームは、回折光学素子、屈折率可変部材、および屈折率調整手段という簡素な構造によって光軸が補正され、光情報検知手段の所定位置に適切に照射される。そのため光情報検知手段は、どの光源から光ビームが射出されたとしても、光学式情報記録媒体によって反射される光ビームから精度良く記録情報を読み取ることができる。

以下、図面を参照して本発明の各実施の形態について説明する。なお、内容の理解を容易なものにするため、各図はイメージ的に表されている部分や等価なものとして表されている部分を含みうる。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態の光ピックアップ装置１０の全体構成を示す図である。
本実施の形態の光ピックアップ装置１０は、光学式情報記録媒体のうちＣＤ、ＤＶＤ、およびＨＤ ＤＶＤを互換的に再生させることができるように設けられている。

この光ピックアップ装置１０は、レーザー光源１２と、光学式情報記録媒体１４が配置される記録媒体配置部１６と、レーザー光源１２と記録媒体配置部１６の間に配置されたコリメータレンズ１８と、コリメータレンズ１８と記録媒体配置部１６の間に配置された偏光ビームスプリッタ２２および１／４波長板２４と、１／４波長板２４と記録媒体配置部１６の間に配置された反射鏡２６と、反射鏡２６と記録媒体配置部１６の間に配置された対物レンズ２８と、対物レンズ２８を駆動するサーボ機構２９と、を備えている。また光ピックアップ装置１０は、偏光ビームスプリッタ２２によって反射されたレーザービームの光路上に配置されたフォトダイオード３０と、偏光ビームスプリッタ２２とフォトダイオード３０の間に配置された集光レンズ３２と、集光レンズ３２とフォトダイオード３０の間に配置された光軸補正部２０と、を備えている。

フォトダイオード３０には、光学式情報記録媒体１４に記録されている情報を再生するための再生回路３４と、液晶回路３６と、サーボ回路３８とが接続されている。液晶回路３６は光軸補正部２０にも接続されており、サーボ回路３８はサーボ機構２９にも接続されている。また、レーザー光源１２および液晶回路３６には、図示しないスイッチ装置が接続されている。

本実施の形態の光ピックアップ装置１０で使用されるＣＤ等の光学式情報記録媒体の各々の情報記録面には、平面状のランドと、ランド部分から突出するようにして形成された複数のピットとが形成されている。各ピットは、情報記録面において渦巻き状に配列されており、このピットの配列によってＣＤ等の光学式情報記録媒体１４には所定の情報が光学的に記録されている。

レーザー光源１２は、図示しないスイッチ装置からの合図に応じて光ビームを射出可能な２以上の光源を含む発光手段として機能する。具体的には、レーザー光源１２は、第１の波長λ１を有するＰ偏光波のレーザービームを射出する第１の光源４０と、第２の波長λ２を有するＰ偏光波のレーザービームを射出する第２の光源４２と、第３の波長λ３を有するＰ偏光波のレーザービームを射出する第３の光源４４とを有する、いわゆる１ＣＡＮ３ＬＤ型の光源として構成されている。第１の波長λ１のレーザービームは、ＤＶＤに対して好適に用いられる６５５ｎｍの赤外光であり、第２の波長λ２のレーザービームは、ＨＤ ＤＶＤに対して好適に用いられる４０８ｎｍの青色光であり、第３の波長λ３のレーザービームは、ＣＤに対して好適に用いられる７８０ｎｍの赤色光である。このように、各光源から射出されるレーザービームは異なる色のスペクトル範囲に属している。

第１の光源４０〜第３の光源４４は、後述する光軸補正部２０の回折光学素子において、第１の光源４０から射出されるレーザービームが回折次数が−１の−１次回折光として回折され、第２の光源４２から射出されるレーザービームが回折次数が０の０次回折光として回折され、第３の光源４４から射出されるレーザービームが回折次数が＋１の＋１次回折光として回折されるように設けられている。具体的には、第２の光源４２は、コリメータレンズ１８等を含む光学系の中心軸上に配置され、第１の光源４０および第３の光源４４は、第２の光源４２から距離ｄ１およびｄ２離れた位置に配置されている。なお本実施の形態では、第１の光源４０と第２の光源４２との距離ｄ１は１１０μｍ、第２の光源４２と第３の光源４４との距離ｄ２は１３２μｍに設定されている。

コリメータレンズ１８は、レーザー光源１２から射出されたレーザービームを平行光に揃えて、レーザービームの拡散を防止する。

偏光ビームスプリッタ２２は、Ｐ偏光波のレーザービームを透過させるとともに、Ｓ偏光波のレーザービームを反射させる機能を有している。１／４波長板２４は、レーザー光源１２から出射され入射したＰ偏光波のレーザービームを円偏光波に変換し、またＣＤ等の光学式情報記録媒体１４によって反射され入射した円偏光波をＳ偏光波に変換する機能を有している。従って、上記のようにして１／４波長板２４を２回透過することによりレーザービームはＰ偏光波からＳ偏光波に変換されるため、光学式情報記録媒体１４からの反射光は偏光ビームスプリッタ２２によって反射される。

反射鏡２６は、レーザービームを反射する機能を有し、レーザービームの偏光状態によらず反射する。本実施の形態の反射鏡２６は、レーザー光源１２から射出されて光軸補正部２０、コリメータレンズ１８、偏光ビームスプリッタ２２、および１／４波長板２４を経て向かって来るレーザービームを、略９０°折り返すように反射して記録媒体配置部１６に誘導し、また、記録媒体配置部１６に配置された光学式情報記録媒体１４によって反射されたレーザービームを、略９０°折り返すように反射して１／４波長板２４および偏光ビームスプリッタ２２に誘導するように配置されている。

対物レンズ２８は、光学式情報記録媒体１４の情報記録面に対向するようにして配置され、サーボ機構２９によって光学式情報記録媒体１４の半径方向や回転軸方向へ移動可能なように設けられている。この対物レンズ２８は、反射鏡２６によって反射されたレーザービームを、記録媒体配置部１６に配置された光学式情報記録媒体１４の情報記録面上に集光させる。光学式情報記録媒体１４の情報記録面で反射されたレーザービームは、進行方向が逆方向に変えられて対物レンズ２８および反射鏡２６に向かって進行することとなる。

集光レンズ３２は、光学式情報記録媒体１４、反射鏡２６、および偏光ビームスプリッタ２２によって反射されたレーザービームを、フォトダイオード３０上に集光させる。

光軸補正部２０は、光学式情報記録媒体によって反射され、反射鏡２６、１／４波長板２４、および集光レンズ３２を経てやってくるレーザービームの光軸を補正する光軸補正手段として機能する。具体的には、図２に示すような構造を有している。

図２は、光軸補正部２０の構成を図示したものである。
光軸補正部２０は、集光レンズ３２の出射側に設けられており、光学式情報記録媒体１４によって反射されたレーザービームが入射する位置に配置されたバイナリー型の回折光学素子４６と、回折光学素子４６に密着した状態で配置された液晶体４８と、を有している。

回折光学素子４６は、レーザービームがフォトダイオード３０の所定の光検出位置に照射されるように、入射した光ビームの光軸を補正する機能を有する。本実施の形態の回折光学素子４６は、３ステップのバイナリー段部５０を有しており、バイナリー段部５０がレーザー光源１２側に配置されるように設けられている。バイナリー段部５０の各ステップの高さ（以下「ステップ高さ」と表記する）ｔは１．７１μｍとなっている。なお、ここでいうバイナリー段部５０のステップ数は、バイナリー段部５０の階段部分の段数に基づいて決定される。

一般に、バイナリー型の回折光学素子４６は、バイナリー段部５０のステップ数ｍに応じて最大回折効率ηｍａｘが決定され、具体的には以下の式（１）によって最大回折効率ηｍａｘが決定される。例えばバイナリー段部５０が３ステップの場合には最大回折効率ηｍａｘは６８％となり、３ステップの場合には最大回折効率ηｍａｘは８１％となる。

ηｍａｘ ＝ ｛ｓｉｎ（π／ｍ）／（π／ｍ）｝＾２ 式（１）

回折光学素子４６は、第１の光源４０から射出されるレーザービームの回折角θ_＋１が０．３８°、第３の光源４４から射出されるレーザービームの回折角θ_−１が０．４５°、格子間隔Λが１００μｍになるように形成されている。また、回折光学素子４６は、各波長のレーザービームに対して以下の式（２）〜式（４）によって表されるような屈折率を有するＳＫ１のガラス材料によって形成されている。

４０８ｎｍのレーザービームの場合 ｎ１＝１．６２８ 式（２）
６５５ｎｍのレーザービームの場合 ｎ１＝１．６０７ 式（３）
７８５ｎｍのレーザービームの場合 ｎ１＝１．６０３ 式（４）

液晶体４８は、回折光学素子４６のバイナリー段部５０に密着するようにして設けられており、印加される電圧に応じて屈折率ｎ０を変化させる屈折率可変部材である。液晶体４８の屈折率ｎ０は、後述するように回折光学素子４６におけるレーザービームの回折効率を左右する要素の一つである。なお、液晶体４８は、印加される電圧に応じて屈折率を変化させることのできる任意の材料によって構成されうる。

フォトダイオード３０は、集光レンズ３２により集光されるとともに光軸補正部２０において光軸が補正されて所定の光検出位置に照射されたレーザービームの光の強度に応じた電圧信号を発生させて、再生回路３４、液晶回路３６、およびサーボ回路３８に送る。このようにして発生される電圧信号は、光学式情報記録媒体１４に記録されている情報を示す信号であるとともに、フォトダイオード３０に照射されるレーザービームの光の強度等の照射状態を表す信号である。従って、フォトダイオード３０は、光学式情報記録媒体１４に記録されている情報を検知する光情報検知手段として機能するとともに、フォトダイオード３０に照射されるレーザービームの強度を検出するレーザービーム強度検出手段としても機能することとなる。

再生回路３４は、フォトダイオード３０から送られてくる電圧信号をデジタル信号に変換して、記録媒体配置部１６に配置されている光学式情報記録媒体１４に記録されている情報を再生する。

サーボ回路３８は、フォトダイオード３０から送られてくる電圧信号に基づいて、フォトダイオード３０に対するレーザービームの照射状態を検知する。そして、サーボ回路３８は、検知したレーザービームの照射状態に基づきサーボ機構２９を制御して対物レンズ２８の位置を調整し、記録媒体配置部１６に配置された光学式情報記録媒体１４に対してレーザービームが適切に照射されるように調整している。例えば、サーボ回路３８は、レーザービームの焦点がボケずに光学式情報記録媒体１４の情報記録面上で正しく結ばれるように、対物レンズ２８と光学式情報記録媒体１４との距離を調整する。また、サーボ回路３８は、対物レンズ２８によってレーザービームがピット配列の中心に照射されるように、対物レンズ２８の位置を調整する。このように、フォトダイオード３０からサーボ回路３８に送られる電圧信号は、光学式情報記録媒体１４に対してレーザービームを適切に照射させるためのフィードバック情報として活用されることとなる。

液晶回路３６は、レーザー光源１２から射出されるレーザービームの波長および回折次数に応じて、光軸補正部２０の液晶体４８に対する電圧印加状態を変化させて当該液晶体４８の屈折率ｎ０を調節する。具体的には、液晶回路３６は、光軸補正部２０の回折光学素子４６におけるレーザービームの回折効率を上げるように、液晶体４８に対する電圧印加状態を変化させる。この時、レーザー光源１２から実際に射出されているレーザービームの情報が、図示しないスイッチ装置から液晶回路３６に送られており、液晶回路３６は、このスイッチ装置からの情報に基づいて液晶体４８に対する電圧印加状態を調整する。

また、液晶回路３６は、フォトダイオード３０におけるレーザービームの光の強度の検出結果を示す電圧信号を考慮して、液晶体４８に対する電圧印加状態を調節する。このように、フォトダイオード３０から液晶回路３６に送られる電圧信号は、回折光学素子４６においてレーザービームを効率良く回折させるためのフィードバック情報として活用されることとなる。

次に本実施の形態の光ピックアップ装置１０の作用について説明する。
まず、光学式情報記録媒体１４に記録されている情報を再生させる際の光ピックアップ装置１０の全体の作用について説明する。

使用者等によってＣＤ、ＤＶＤ、およびＨＤ ＤＶＤのうち所望の光学式情報記録媒体１４が記録媒体配置部１６にセッティングされ、スイッチ装置がＯＮにされると、記録媒体配置部１６にセッティングされた光学式情報記録媒体１４に応じた波長のレーザービームがレーザー光源１２から射出される。

レーザー光源１２から射出されたレーザービームは、図１に示すように、コリメータレンズ１８によって平行光に変えられ、偏光ビームスプリッタ２２を透過して、１／４波長板２４でＰ偏光波から円偏光波に変換される。そして、レーザービームは、反射鏡２６により略９０°折り返された後に、対物レンズ２８によって光学式情報記録媒体１４の情報記録面上に集光され、この情報記録面において反射される。

この時、情報記録面のランド部分に照射されたレーザービームは、光の強度を維持した状態で反射されるが、情報記録面のピット部分に照射され反射されたレーザービームは、広がってしまうため光の強度が弱くなる。従って、光学式情報記録媒体１４の情報記録面において反射されたレーザービームは、ピットよって光学式情報記録媒体１４に記録されている情報を、光の強度の強弱に変換した形で含むこととなる。

そして、光学式情報記録媒体１４によって反射されたレーザービームは、対物レンズ２８によって平行光に戻され、反射鏡２６によって略９０°折り返されて１／４波長板２４および偏光ビームスプリッタ２２に向かって進行する。レーザービームは、１／４波長板２４においてＳ偏光波に変換されるので、偏光ビームスプリッタ２２では透過することなく反射する。そして、偏光ビームスプリッタ２２によって反射されたレーザービームは、集光レンズ３２によって集光されるとともに光軸補正部２０において光軸が補正されて、フォトダイオード３０の所定の光検出位置に照射される。

図３は、光軸補正部２０におけるレーザービームの光軸補正を示す図である。図３には、一例として、第１の光源４０から射出されたレーザービームが記載されている。図３において、実線は、レーザービームの実際の光路を示し、点線は、光軸補正部２０が配置されていない場合のレーザービームの光路を示し、一点鎖線は、集光レンズ３２等の光学系の中心軸を示す。

第２の光源４２から射出されるレーザービームは、光軸が光学系の中心軸に略一致した状態で射出され、光学式情報記録媒体１４に反射された後に、光軸補正部２０に対し入射および出射する。この時、このレーザービームは、光軸補正部２０の回折光学素子４６によって回折されることなく、０次回折光としてフォトダイオード３０の所定の光検出位置に照射される。

一方、第１の光源４０あるいは第３の光源４４から射出されるレーザービームは、光軸が光学系の中心軸からずれた状態で射出され、光学式情報記録媒体１４に反射された後に、光軸補正部２０の回折光学素子４６において回折される。回折光学素子４６において回折されたレーザービームは、−１次回折光あるいは＋１次回折光として光軸の方向が補正され、フォトダイオード３０の所定の光検出位置３０ａを中心に照射されることとなる（図３の実線部分参照）。なお、これらのレーザービームは、光軸補正部２０において光軸が補正されないと、光軸が光学系の中心軸からずれた状態で光源から射出されているので、フォトダイオード３０の所定の光検出位置３０ａから外れた位置３０ｂを中心に照射されることとなる（図３の点線部分参照）。

このように、レーザー光源１２から射出された各レーザビームは、光軸補正部２０において光軸が補正されて、フォトダイオード３０の所定の光検出位置３０ａに精度良く照射される。これによりフォトダイオード３０は、光学式情報記録媒体１４において反射されたレーザービームを適切に検知することができる。

フォトダイオード３０では、所定の光検出位置に照射されたレーザービームの光の強度の強弱に応じた電圧信号を発生させる。この電圧信号は、再生回路３４に送られるとともに、サーボ回路３８および液晶回路３６にも送られる。

再生回路３４では、フォトダイオード３０から送られてくる電圧信号からデジタル信号が作り出されて、光学式情報記録媒体１４に記録されている情報が再生される。また、サーボ回路３８は、フォトダイオード３０から送られてくる電圧信号に基づいてフォトダイオード３０に対するレーザービームの照射状態を検知して、対物レンズ２８を駆動制御する。また、液晶回路３６は、フォトダイオード３０から送られてくる電圧信号に基づいてフォトダイオード３０に対するレーザービームの照射状態を検知して、光軸補正部２０の液晶体４８に印加する電圧を調節し回折光学素子４６における回折効率を調整する。

このように、コリメータレンズ１８、偏光ビームスプリッタ２２、１／４波長板２４、および反射鏡２６を含んで構成される光学系によって、レーザー光源１２から射出されるレーザービームがＣＤ等の光学式情報記録媒体１４に照射され、また、反射鏡２６、１／４波長板２４、偏光ビームスプリッタ２２、集光レンズ３２、光軸補正部２０、およびフォトダイオード３０を含んで構成される光学系によって、光学式情報記録媒体１４において反射されるレーザービームから光学式情報記録媒体１４の記録情報が光学的に読み取られる。

次に、光軸補正部２０の液晶体４８の作用について詳しく説明する。

まず、光軸補正部２０に液晶体４８が設けられていない例について説明する。この場合、光学式情報記録媒体において反射されたレーザービームは、一定の屈折率ｎ０を有する空気から一定の屈折率ｎ１を有する回折光学素子４６に入射して、回折されることとなる。この時、回折光学素子４６におけるレーザービームの回折効率は、回折光学素子４６のバイナリー段部５０のステップ高さｔと、バイナリー段部５０の凸凹部分に入り込む媒体の屈折率ｎ０と、回折光学素子４６の屈折率ｎ１とに基づいて決定されることが理論的に知られている。具体的には、回折光学素子４６は、＋１次回折光に関しては以下の式（５）で表されるステップ高さｔ_＋１、０次回折光に関しては以下の式（６）で表されるステップ高さｔ_０、−１次回折光に関しては以下の式（７）で表されるステップ高さｔ_−１をもつ場合に、回折光学素子４６におけるレーザービームの回折効率を最大にすることができる。

ｔ_＋１ ＝ （１／３）＊λ／（ｎ１−ｎ０） 式（５）
ｔ_０ ＝ λ／（ｎ１−ｎ０） 式（６）
ｔ_−１ ＝ （２／３）＊λ／（ｎ１−ｎ０） 式（７）

回折光学素子４６の屈折率ｎ１が、−１次回折光として回折される６５５ｎｍの波長λ１のレーザービームに対してｎ１＝１．４６、０次回折光として回折される４０８ｎｍの波長λ２のレーザービームに対してｎ１＝１．４７、＋１次回折光として回折される７８５ｎｍの波長λ３のレーザービームに対してｎ１＝１．４５を有し、また、空気の屈折率ｎ０をｎ０＝１とすると、回折効率を最大にするステップ高さｔ_＋１、ｔ_０、ｔ_−１は、それぞれ以下の式（８）〜式（１０）で表される値となる。

ｔ_＋１ ＝ ０．５８１μｍ 式（８）
ｔ_０ ＝ ０．８６８μｍ 式（９）
ｔ_−１ ＝ ０．９４９μｍ 式（１０）

図４は、光軸補正部２０に液晶体４８が設けられていない場合の回折効率とステップ高さとの関係を、波長が異なるレーザービーム毎に図示したものである。図４には、本実施の形態の光ピックアップ装置１０で用いられるレーザービームと同様に、回折光学素子４６において＋１次回折光として回折される７８０ｎｍの赤外光、０次回折光として回折される４０８ｎｍの青色光、−１次回折光として回折される６５５ｎｍの赤色光のレーザービームに関するデータが表されている。

図４に示すように、波長が異なる複数のレーザービームを使用する場合、波長が異なるレーザービームのすべての回折効率を良好に保つような唯一のステップ高さを選定することは難しく、とりわけ波長が異なるレーザービームが三つ以上の場合には非常に難しくなる。例えば図４において、ステップ高さｔを０．８１５μｍとして、他の条件を本実施の形態と同一にした場合、＋１次回折光の回折効率η_＋１、０次回折光の回折効率η_０、および−１次回折光の回折効率η_−１は、以下の式（１１）〜式（１３）で表される値となる。

η_＋１ ＝ ４０．４％ 式（１１）
η_０ ＝ ９０．５％ 式（１２）
η_−１ ＝ ５３．７％ 式（１３）

このように、回折光学素子４６のバイナリー段部５０が、屈折率を変えることができない空気のような媒体に晒されている場合には、唯一のステップ高さによって、波長が異なるすべてのレーザービームに関して回折効率を良好に保つことは難しい。バイナリー段部５０のステップ数を多くしたり、ステップ高さを大きくしたりする場合には、波長が異なるすべてのレーザービームの回折効率を良好に保持することができる唯一のステップ高さを選定することが可能な場合もある。しかしながら、ステップ数が多くなるほど回折光学素子４６の製造コストは高くなり、特に５ステップ以上のステップ数を有する回折光学素子４６は非常に高価なものとなる。従って、４ステップ以下のステップ数を有する回折光学素子４６により、波長が異なるすべてのレーザービームの回折効率を良好に保持することが好ましい。また、ステップ高さを大きくすると、回折光学素子４６の製造精度を一定に保つことが難しくなり、回折光学素子４６を精度良く製造することが難しくなる。

そこで本実施の形態では、レーザービームに応じて液晶体４８に対する電圧印加状態を変化させることにより、液晶体４８の屈折率を調節し、波長が異なるすべてのレーザービームの回折効率を良好に保持している。

本実施の形態では、回折光学素子４６が上記の式（２）〜式（４）によって表されるような屈折率ｎ１を有しているので、液晶回路３６は、レーザー光源１２から実際に射出されるレーザービームに応じて、液晶体４８の屈折率ｎ０が以下の式（１４）〜式（１６）で表される値となるように、液晶体４８に印加する電圧を調節する。

４０８ｎｍのレーザービームの場合 ｎ０＝１．３９ 式（１４）
６５５ｎｍのレーザービームの場合 ｎ０＝１．３５２ 式（１５）
７８５ｎｍのレーザービームの場合 ｎ０＝１．４５ 式（１６）

この場合、各波長のレーザービームの回折効率とステップ高さとの関係は、図５に示すようになる。

図５は、光軸補正部２０に液晶体４８が設けられている場合の回折効率とステップ高さとの関係を、波長が異なるレーザービーム毎に図示したものである。この場合、回折格子におけるレーザービームの回折効率ηを最大にするステップ高さｔ_＋１、ｔ_０、ｔ_−１は、以下の式（１７）〜式（１９）で表される値となり、略一致する。

ｔ_＋１ ＝ １．７１０μｍ 式（１７）
ｔ_０ ＝ １．７１４μｍ 式（１８）
ｔ_−１ ＝ １．７１２μｍ 式（１９）

ステップ高さｔを、ｔ＝１．７１μｍとして、液晶体４８の屈折率を上述のように調節した場合、各波長のレーザービームの回折効率は以下の式（２０）〜式（２２）で表される値となる。

η_＋１ ＝ ６８％ 式（２０）
η_０ ＝ １００％ 式（２１）
η_−１ ＝ ６８％ 式（２２）

このように、本実施の形態によれば、式（１１）〜式（１３）で表される回折効率を有する従来のピックアップ装置に比べて、回折光学素子４６におけるレーザービームの回折効率を飛躍的に向上させることができる。

以上説明したように本実施の形態によれば、複数の光源から射出されるレーザービームの各々を、バイナリー型の回折光学素子４６および液晶体４８を含む光軸補正部２０により光軸を補正して、光情報検知手段であるフォトダイオード３０に対して適切に照射させることができる。特に、液晶体４８の屈折率を光源から射出されるレーザービームに応じて変えることにより、各光源から射出されるいずれのレーザービームに関しても、高い回折効率を確保して、回折光学素子４６における光の強度の低下を防いでいる。これにより、各光源から射出されるレーザービームの利用効率を高め、光学式情報記録媒体１４に記録されている情報を精度良く読み取ることができる。

また、レーザー光源１２から射出されたレーザービームは、回折光学素子４６を通過することなく光学式情報記録媒体１４に照射されるので、回折光学素子４６におけるエネルギーロスの影響は受けずに光学式情報記録媒体１４に照射されることとなる。このため、レーザー光源１２から射出されたレーザービームが効率良く利用されることとなり、特に光学式情報記録媒体１４に対して情報を記録する場合のように、光の強度の強いレーザービームが必要とされる場合には、本実施の形態の光ピックアップ装置１０を好適に用いることができる。

このような作用効果は、機構設計上の自由度が制限されやすい１ｃａｎ型のレーザー光源１２が用いられる場合であっても、光軸補正部２０を構成する液晶体４８および回折光学素子４６と液晶回路３６という簡素な構造によって達成される。

また、複数の光源から射出されるレーザービームの光軸を補正することによって、ＣＤ、ＤＶＤ、およびＨＤ ＤＶＤのように異なるタイプの光学式情報記録媒体１４の各々に記録されている情報を、単一のフォトダイオード３０によって精度良く検知することが可能である。これにより、光ピックアップ装置１０の構成を簡素なものにして、部品点数を削減し、小型化を図ることができる。

また、本実施の形態では、液晶体４８の屈折率を調節することによって回折光学素子４６における回折効率を調整しているので、液晶体４８の厚みを厳密に調整することは不要であり、液晶体４８の厚みに関する寸法精度や大量生産時の再現精度については厳しくは求められていない。従って、液晶体４８を含む光軸補正部２０を、比較的容易に製造することができ、製造コストの低減化を図ることもできる。また、液晶体４８を比較的薄く形成することも可能である。液晶体４８を薄く形成した場合には、屈折率を変える際に応答速度が向上すると共に印加する電圧量を低減化させることが可能である。

次に本実施の形態の一変形例について説明する。
上述の実施の形態では、回折光学素子４６として、３ステップのバイナリー段部５０を有するバイナリー型の回折光学素子４６が用いられている場合について説明したが、他の回折光学素子４６を用いることも可能である。以下、４ステップのバイナリー段部５０を有するバイナリー型の回折光学素子４６が用いられる場合について説明する。

４ステップのバイナリー型の回折光学素子４６は、＋３次回折光および−１次回折光に関しては以下の式（２３）で表されるステップ高さｔ_＋３、ｔ_−１をもつ場合に、＋２次回折光および−２次回折光に関しては以下の式（２４）で表されるステップ高さｔ_＋２、ｔ_−２をもつ場合に、＋１次回折光および−３次回折光に関しては以下の式（２５）で表されるステップ高さｔ_＋１、ｔ_−３をもつ場合に、０次回折光に関しては以下の式（２６）で表されるステップ高さｔ_０をもつ場合に、回折光学素子４６におけるレーザービームの回折効率を最大にすることができるということが理論的に知られている。

ｔ_＋３＝ｔ_−１＝ ３／４＊λ／（ｎ１−ｎ０） 式（２３）
ｔ_＋２＝ｔ_−２＝ ２／４＊λ／（ｎ１−ｎ０） 式（２４）
ｔ_＋１＝ｔ_−３＝ １／４＊λ／（ｎ１−ｎ０） 式（２５）
ｔ_０ ＝ λ／（ｎ１−ｎ０） 式（２６）

本変形例においても、回折光学素子４６は上記の式（２）〜式（４）によって表されるような屈折率ｎ１を有しているので、液晶回路３６は、液晶体４８の屈折率ｎ０が以下の式（２７）〜式（２９）で表される値となるように、レーザー光源１２から実際に射出されるレーザービームに応じて液晶体４８に印加する電圧を調節する。

４０８ｎｍのレーザービームの場合 ｎ０＝１．４ 式（２７）
６５５ｎｍのレーザービームの場合 ｎ０＝１．３３２ 式（２８）
７８５ｎｍのレーザービームの場合 ｎ０＝１．４９３ 式（２９）

この場合、各波長のレーザービームの回折効率とステップ高さとの関係は、図６に示すようになる。

図６は、光軸補正部２０に液晶体４８が設けられている場合の回折効率とステップ高さとの関係を、波長が異なるレーザービーム毎に図示したものである。＋３次回折光〜−３次回折光に関して、回折格子におけるレーザービームの回折効率ηを最大にするステップ高さｔ_＋１〜ｔ_−１は、以下の式（３０）〜式（３２）で表される値となり、略一致する。

ｔ_＋１ ＝ １．７８４μｍ 式（３０）
ｔ_０ ＝ １．７８９μｍ 式（３１）
ｔ_−１ ＝ １．７８６μｍ 式（３２）

ステップ高さｔを、ｔ＝１．７９μｍとして、液晶体４８の屈折率を上述のように調節した場合、各波長のレーザービームの回折効率は以下の式（３３）〜式（３５）で表される値となる。

η_＋１ ＝ ８１．１％ 式（３３）
η_０ ＝ １００％ 式（３４）
η_−１ ＝ ８１％ 式（３５）

本変形例のように回折光学素子４６のバイナリー段部５０が様々なステップ数を有する場合であっても、回折光学素子４６におけるレーザービームの回折効率を向上させて、レーザー光源１２から射出されるレーザービームの利用効率を高めることができる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態において、上述の第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図７は、本実施の形態の光ピックアップ装置１０の全体構成を示す図である。
本実施の形態では、光軸補正部２０が、集光レンズ３２とフォトダイオード３０の間に配置される代わりに、偏光ビームスプリッタ２２と集光レンズ３２の間に配置されている。従って、光軸補正部２０は、集光レンズ３２の入射側に設けられている。

他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と略同一である。
本実施の形態の光ピックアップ装置１０においても、各光源から射出され光学式情報記録媒体１４において反射されたレーザービームは、光軸補正部２０において光軸の方向が補正される。この時、各レーザービームは、光軸補正部２０の回折光学素子４６において回折され、光軸が集光レンズ３２等の光学系の中心軸に一致させられる。

そして、光軸が補正されたレーザービームは、集光レンズ３２によって集光されて、フォトダイオード３０の所定の光検出位置３０ａに照射される。この時、レーザー光源１２から射出されるいずれのレーザービームも、光軸補正部２０において光軸が補正されて、光軸と光学系の中心軸とが略一致した状態で集光レンズ３２に入射する。従って、集光レンズ３２によって集光されてフォトダイオード３０に照射されたレーザービームは、精度良く所定の光検出位置３０ａに照射されることとなる。

また、液晶体４８の屈折率を、光源から射出されるレーザービームに応じて変えることにより、各光源から射出されるいずれのレーザービームに関しても、高い回折効率を確保して、回折光学素子４６における光の強度の低下を防いでいる。

このようにして本実施の形態においても、各光源から射出されるレーザービームの利用効率が高められており、光学式情報記録媒体１４に記録されている情報が精度良く読み取られる。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

例えば、上述の各実施の形態および変形例では、バイナリー型の回折光学素子４６のバイナリー段部５０および液晶体４８が、レーザービームの入射側に設けられている場合について説明したが、バイナリー段部５０および液晶体４８がレーザービームの出射側に設けられている場合にも、上述の各実施の形態および変形例と同様の作用、効果を奏する。

また、上述の各実施の形態および変形例では、偏光ビームスプリッタ２２、１／４波長板２４等によって、光学式情報記録媒体１４にレーザービームを照射するとともに、光学式情報記録媒体１４において反射されるレーザービームをフォトダイオード３０に誘導しているが、他の機器類を使用することも可能である。例えば、入射したレーザービームのうち一部を透過させるとともに他の部分を反射させる、通常のビームスプリッタを用いたりダイクロイックプリズムを組み合わせたりすることも可能である。

また、上述の各実施の形態および変形例では、ＣＤ、ＤＶＤ、およびＨＤ ＤＶＤに使用される７８０ｎｍ、６５５ｎｍ、および４０８ｎｍの波長のレーザービームを用いる場合について説明したが、他の波長のレーザービームを用いる場合にも本発明に基づく光ピックアップ装置１０を応用することができる。この場合、液晶体４８には、光ピックアップ装置１０で用いられるレーザービームに応じた電圧が印加され、回折光学素子４６におけるレーザービームの回折効率が上げられるように調整される。

また、上述の各実施の形態および変形例では、図示しないスイッチ装置から送られる情報に基づいて、液晶回路３６は、レーザー光源１２から実際に射出されるレーザービームに関する情報を取得し、液晶体４８に対する電圧印加状態を調整しているが、液晶回路３６は他の手法によってレーザー光源１２から射出されるレーザービームの情報を取得することも可能である。例えば、光学式情報記録媒体１４で反射されるレーザービーム等を用いて光学式情報記録媒体１４の種類を判別する新たな機構を設けることもできる。そして、液晶回路３６は、そのような機構の判別結果から光学式情報記録媒体１４の種類を特定して、液晶体４８に対する電圧印加状態を調整することも可能である。このような機構を用いる場合には、光学式情報記録媒体１４の種類を適切に特定することができ、レーザー光源１２から射出させる必要のあるレーザービームの選定を簡単に行うことができる。

第１の実施の形態の光ピックアップ装置の全体構成を示す図である。 光軸補正部の構成を示す図である。 光軸補正部におけるレーザービームの光軸補正を示す図である。 光軸補正部に液晶体が設けられていない場合の回折効率とステップ高さとの関係を示す図である。 光軸補正部に液晶体が設けられている場合の回折効率とステップ高さとの関係を示す図である。 第１の実施の形態の変形例において、光軸補正部に液晶体が設けられている場合の回折効率とステップ高さとの関係を示す図である。 第２の実施の形態の光ピックアップ装置の全体構成を示す図である。

符号の説明

１０ 光ピックアップ装置、 １２ レーザー光源、 １４ 光学式情報記録媒体、 １６ 記録媒体配置部、 １８ コリメータレンズ、 ２０ 光軸補正部、 ２２ 偏光ビームスプリッタ、 ２４ １／４波長板、 ２６ 反射鏡、 ２８ 対物レンズ、 ３０ フォトダイオード、 ３２ 集光レンズ、 ３４ 再生回路、 ３６ 液晶回路、 ３８ サーボ回路、 ４０ 第１の光源、 ４２ 第２の光源、 ４４ 第３の光源、 ４６ 回折光学素子、 ４８ 液晶体、 ５０ バイナリー段部。

Claims (6)

1. 光ビームを射出可能な２以上の光源を含む発光手段と、
   前記発光手段から射出される光ビームを光学式情報記録媒体に照射する光ビーム照射手段と、
   前記光学式情報記録媒体によって反射された光ビームの光軸を補正する光軸補正手段と、
   前記光軸補正手段において光軸が補正された光ビームが照射され、前記光学式情報記録媒体に記録されている情報を照射された光ビームに基づいて検知する光情報検知手段と、を備え、
   前記光軸補正手段は、
   前記光学式情報記録媒体によって反射された光ビームが入射する位置に配置され、光ビームが前記光情報検知手段の所定位置に照射されるように、入射した光ビームの光軸を補正する回折光学素子と、
   前記回折光学素子に密着した状態で配置され、印加される電圧に応じて屈折率を変化させる屈折率可変部材と、
   前記発光手段から射出される光ビームに応じて、前記屈折率可変部材に対する電圧印加状態を変化させて前記屈折率可変部材の屈折率を調節する屈折率調整手段と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記屈折率調整手段は、前記回折光学素子における光ビームの回折効率を上げるようにして、前記屈折率可変部材に対する電圧印加状態を変化させて当該屈折率可変部材の屈折率を調節す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. 前記回折光学素子は、バイナリー型の回折光学素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記発光手段は、３以上の光源を含み、
   前記屈折率調整手段は、前記発光手段から射出される光ビームに応じて、前記屈折率可変部材に対する電圧印加状態を変化させて前記屈折率可変部材の屈折率を調節することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
5. 前記発光手段から射出可能な光ビームの各々は、異なる色のスペクトル範囲に属することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
6. 前記光情報検知手段に照射される光ビームの強度を検出する光ビーム強度検出手段、を更に備え、
   前記屈折率調整手段は、前記光ビーム強度検出手段の検出結果を考慮して、前記屈折率可変部材に対する電圧印加状態を調節することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光ピックアップ装置。

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