JP2005327338A - 光ピックアップ及びディスク状光学記録媒体記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化とともに安価に構成でき複数の光ビームを対応する対物レンズに安定して導く。
【解決手段】光ピックアップ１は、異なる波長の光ビームを射出する光源部１０と、光ビームをメインビームとサブビームに分岐する回折格子１１と、発散光束を平行光束に変換するコリメートレンズ１２と、出射光及び戻り光を分岐する第１のビームスプリッタ１３と、出射光ビーム調整用の受光素子１４と、出射光ビーム径を拡大するエキスパンダ１５と、エキスパンダ１５を透過した光ビームを再び平行光に変換するコリメートレンズ１６とを備え、第１の光ビーム５１をＢＤ記録面上に集光する第１の開口数を有した第１の対物レンズ１９と、第２の光ビーム５２及び第３の光ビーム５３をＤＶＤ又はＣＤの記録面上に集光する第２の開口数を有する第２の対物レンズ２０とを設け、これら各対物レンズに波長の異なる光ビームを入射するように光路を分離する光束分離手段と分離した光ビームを対応する対物レンズへ導光する手段とを兼ねた光束分離立ち上げ部１７を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学記録媒体を記録再生するための光学系であって、異なる記録再生波長の光ビーム及び開口数の異なる複数の対物レンズを有し複数の記録媒体に対して書込及び読込が行える光ピックアップ及び光学記録媒体記録再生装置に関する。

近年、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（Mini Disc）（登録商標）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体は、更なる大容量化が要求されており、大容量化のために様々な技術が開発されている。また、１つのメディアに多様なデータ、例えば、音楽コンテンツデータ、映像コンテンツデータ、コンピュータ用途のデータ等が自在に記録再生できることが求められている。なかでも４０５ｎｍの波長帯のレーザを使用する新規ディスクフォーマット（以下、ブルーレイディスク；ＢＤと記す。）が次世代の記録技術として大いに注目されている。

汎用的に使用されるメディアを開発するに際しては、新旧メディアの記録再生装置間の互換性及び整合性も重要であり、新規開発の記録再生装置は、ＤＶＤ、ＣＤ等の旧来の資産を利用可能であることが好ましい。ところが、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるメディア間の互換性をもたせた装置を設計することは容易ではない。

最も単純な方法は、メディアの仕様毎に異なる光学系を設け、専用対物レンズを使用波長毎に切り換える方式であるが、複数種類の光源及び波長毎の光学系の切換機構が必要でコストアップに繋がる。また、アクチュエータが大型化するため、装置の小型化には不利であった。そのため、一部の光学系、光検出器等を共有した複数波長互換光学系とする方法がとられる。例えば、波長６５５ｎｍ帯を記録再生光として使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）と、波長７８５ｎｍ帯を記録再生光として使用するＣＤ（Compact Disc）の２波長互換光学系として、これら２つのビームを出射するレーザ素子が１つのパッケージ中に設けられた、いわゆる１ＣＡＮ２波長レーザを使用した光ピックアップが提案されている。

このように、一部の光学系を共有した２波長互換光学系では、例えば、記録媒体の記録面を保護する保護基板厚に比例する球面収差が発生するため、異なる２波長に対して対物レンズを共有する構成とした場合、共通の対物レンズを使って、ＤＶＤ用の光ビームがこの対物レンズによってＤＶＤ記録面上に集光されるとき保護基板層厚によって発生する球面収差と、ＣＤ用の光ビームがこの対物レンズによってＣＤ記録面上に集光されるとき保護基板厚によって発生する球面収差とを補正できるように対物レンズを設計することは困難である。そこで、光ビームを結像する構成を分離し開口数が異なる２個の対物レンズとＤＶＤ用とＣＤ用の光ビームを射出する光源とを備え、光記録媒体の保護基板厚に応じて、すなわちＣＤかＤＶＤかに応じて対物レンズを選択する方法も提案されている（特許文献１参照）。

ところが、ＤＶＤとＣＤと、例えば上述した新規フォーマットのＢＤとの間の３波長互換を実現しようとすると、最適化が必要な保護基板厚及び波長の組合せが３つずつになるため、全てに対して最適化された光学系を設計することは、より困難となる。例えば、ＣＤ／ＤＶＤの２波長互換光学系とＢＤ単独の光学系が必要になり光ピックアップの大型化及びコストアップに繋がっていた。

特開平１１―１３４６９７号公報

本発明は、上述した従来の実情に鑑みてなされたものであり、小型化するとともに安価に構成でき、複数の光ビームを分離して対応する対物レンズに安定して導くことを可能にする光ピックアップ及びこの光ピックアップを用いたディスク状光学記録媒体記録再生装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップは、第１の波長を有する第１の光ビームを射出する第１の光源と、第２の波長を有する第２の光ビームを射出する第２の光源と、第３の波長を有する第３の光ビームを射出する第３の光源と、第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームを選択的に反射又は透過する光束分離手段と、光束分離手段で反射された光ビームをディスク状光学記録媒体上に集光する第１の開口数を有する第１の対物レンズと、光束分離手段で透過された光ビームをディスク状光学記録媒体上に集光する第２の開口数を有する第２の対物レンズと、光束分離手段と第１の対物レンズ及び第２の対物レンズの間に配置され光源から射出された直線偏光の光ビームを円偏光に変換する偏光変換手段と、ディスク状光学記録媒体にて反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、第１の対物レンズ及び第２の対物レンズをディスク状光学記録媒体の接線方向に沿って配置することにより、互いに異なる保護基板厚を有する個々のディスク状光学記録媒体に対する記録再生を波長及び開口数が異なる光ビームによって行う。

ここで、光束分離手段は、第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームを選択的に反射又は透過する波長選択手段と、波長選択手段で透過された透過光光軸方向を変更する光軸変更手段とを備え、光束分離手段は、第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームが接線方向から入射されるように配置されている。そして、波長選択手段で反射された光ビームは第１の対物レンズに導光され、波長選択手段で透過され光軸変更手段にて光軸変更された光ビームは、第２の対物レンズに導光される。

第１の光ビーム、第２の光ビーム、第３の光ビームがこの順番に波長が大きくなる関係にあるとき、光束分離手段は、第１の光ビームを反射するとともに第２の光ビーム及び第３の光ビームを透過する構成とする。この場合、第１の光ビームに対する反射率が９０％より大きく、かつ第２の光ビーム及び第３の光ビームに対する透過率が９０％より大きくなる光学材料を選択する。また、光束分離手段を第１の光ビーム及び第２の光ビームを反射するとともに第３の光ビームを透過する構成としてもよい。この場合、第１の光ビーム及び第２の光ビームに対する反射率が９０％より大きく、かつ上記第３の光ビームに対する透過率が９０％より大きくなる光学材料を選択する。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係るディスク状光学記録媒体記録再生装置は、第１の波長を有する第１の光ビームを射出する第１の光源と、第２の波長を有する第２の光ビームを射出する第２の光源と、第３の波長を有する第３の光ビームを射出する第３の光源と、第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームを選択的に反射又は透過する光束分離手段と、光束分離手段で反射された光ビームをディスク状光学記録媒体上に集光する第１の開口数を有する第１の対物レンズと、光束分離手段で透過された光ビームをディスク状光学記録媒体上に集光する第２の開口数を有する第２の対物レンズと、光束分離手段と第１の対物レンズ及び第２の対物レンズの間に配置され光源から射出された直線偏光の光ビームを円偏光に変換する偏光変換手段と、ディスク状光学記録媒体にて反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、第１の対物レンズ及び第２の対物レンズがディスク状光学記録媒体の接線方向に沿って配置される光ピックアップを有することにより、互いに異なる保護基板厚を有するディスク状光学記録媒体の種類に応じて波長及び開口数が異なる光ビームによって記録再生を行う。

ここで、光束分離手段は、第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームを選択的に反射又は透過する波長選択手段と、波長選択手段で透過された透過光光軸方向を変更する光軸変更手段とを備え、光束分離手段は、第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームが接線方向から入射されるように配置されている。そして、波長選択手段で反射された光ビームは第１の対物レンズに導光され、波長選択手段で透過され光軸変更手段にて光軸変更された光ビームは、第２の対物レンズに導光される。

第１の光ビーム、第２の光ビーム、第３の光ビームがこの順番に波長が大きくなる関係にあるとき、光束分離手段は、第１の光ビームを反射するとともに第２の光ビーム及び第３の光ビームを透過する構成とする。この場合、第１の光ビームに対する反射率が９０％より大きく、かつ第２の光ビーム及び第３の光ビームに対する透過率が９０％より大きくなる光学材料を選択する。また、光束分離手段を第１の光ビーム及び第２の光ビームを反射するとともに第３の光ビームを透過する構成としてもよい。この場合、第１の光ビーム及び第２の光ビームに対する反射率が９０％より大きく、かつ上記第３の光ビームに対する透過率が９０％より大きくなる光学材料を選択する。

本発明によれば、小型化するとともに安価に構成でき、複数の光ビームを分離して対応する対物レンズに安定して導くことができる。

以下、本発明に係る光ピックアップの具体例について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の第１の具体例として示す光ピックアップ１の光学系について、図１を用いて説明する。

本具体例では、一例として、第１の光ディスク４１が波長４０５ｎｍの光ビーム５１を記録再生光として使用するブルーレイディスク（以下、ＢＤと記す。）、第２の光ディスク４２が波長６５５ｎｍの光ビーム５２を記録再生光として使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、第３の光ディスク４３が波長７８５ｎｍの光ビーム５３を記録再生光として使用するＣＤ（Compact Disc）の３波長互換光学系を有する光ピックアップについて説明する。なお、ＢＤである第１の光ディスクの第１の保護基板厚は０．１ｍｍであり、ＤＶＤである第２の光ディスクの第２の保護基板厚は０．６ｍｍであり、ＣＤである第３の光ディスクの第３の保護基板厚は１．２ｍｍである。

光ピックアップ１は、往路光学系として、異なる波長の光ビームを射出する光源部１０と、光源部１０から射出された光ビームをメインビームとサブビームに分岐する回折格子１１と、発散光束を平行光束に変換するコリメートレンズ１２と、出射光及び戻り光を分岐する第１のビームスプリッタ１３と、出射光ビーム調整用の受光素子１４と、第１のビームスプリッタ１３を透過した出射光ビーム径を拡大するエキスパンダ１５と、エキスパンダ１５を透過した光ビームを再び平行光に変換するコリメートレンズ１６とを備える。そして、光ピックアップ１は、波長の異なる光ビームを異なる光路に分離する光束分離手段と分離した光ビームを対応する対物レンズに導光する手段とを兼ねた光束分離立ち上げ部１７と、光束分離立ち上げ部１７を透過した直線偏光の光ビームを円偏光に変換するλ／４板１８と、第１の光ビーム５１をＢＤ記録面上に集光する第１の開口数を有した第１の対物レンズ１９と、第２の光ビーム５２及び第３の光ビーム５３をＤＶＤ又はＣＤの記録面上に集光する第２の開口数を有する第２の対物レンズ２０とを備える。

また、光ピックアップ１は、復路光学系として、第１のビームスプリッタ１３にて出射光から分岐された戻り光を集光する集光レンズ２１と、光ビームを種類に応じた光検出器に導くための第２のビームスプリッタ２２と、光ビーム５１のＢＤ記録面上にて反射された戻り光を光検出器上に集光する集光レンズ２３と、反射光を受光し電気信号に変換する光検出器２４と、光ビーム５２及び光ビーム５３の収差補償用の偏光光学素子２５と、光ビーム５２及び光ビーム５３の記録面上にて反射された戻り光を受光し電気信号に変換する光検出器２６とを備えている。

光源部１０は、本具体例で適用されるＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ用の記録再生光の光源が１つのパッケージ中に設けられた、いわゆる１ＣＡＮ３波長レーザ（以下、３ビームＬＤと記す。）であって、図示しない第１のレーザ素子と、第２のレーザ素子と、第３のレーザ素子とを備えている。第１のレーザ素子は、第１の波長としてＢＤ記録再生用である波長４０５ｎｍの直線偏光の光ビーム５１を射出する。第２のレーザ素子は、第２の波長としてＤＶＤ記録再生用である波長６５５ｎｍの直線偏光の光ビーム５２を射出する。また、第３のレーザ素子は、第３の波長としてＣＤ記録再生用である波長７８５ｎｍの直線偏光の光ビーム５３を射出する。

回折格子１１は、光源部１０にて射出された光ビームを透過してメインビームとサブビームに分岐する。回折格子１１を透過した光ビームは、コリメートレンズ１２により平行光に変換されて第１のビームスプリッタ１３に入射する。第１のビームスプリッタ１３は、入射した光ビームのうちＰ偏光成分を透過しＳ偏光成分を反射する。反射されたＳ偏光成分は、光ビーム調整用の受光素子１４に入射する。

エキスパンダ１５は、第１のビームスプリッタ１３を透過したＰ偏光成分のビーム径を拡大する。コリメートレンズ１６は、口径が拡大された光ビームを再び平行光に変換する。

図２には、光束分離立ち上げ部１７、λ／４板１８、第１の対物レンズ１９、及び第２の対物レンズ２０の周辺部の構成を拡大して示す。

光束分離立ち上げ部１７は、入射した第１の光ビーム５１、第２の光ビーム５２及び第３の光ビーム５３を選択的に反射又は透過する波長選択手段としてのビームスプリッタ１７１と、ビームスプリッタで透過された透過光光軸を変更する光軸変更手段としての反射ミラー１７２とを備える。ビームスプリッタ１７１で反射された光ビームを第１の対物レンズ１９に導光し、ビームスプリッタ１７１で透過され反射ミラー１７２で反射された光ビームを第２の対物レンズ２０に導光する。

光束分離立ち上げ部１７においてビームスプリッタ１７１は、ＢＤ記録再生用である波長４０５ｎｍの直線偏光の光ビーム５１を９０％より大きい反射率で反射し、ＤＶＤ記録再生用である波長６５５ｎｍの直線偏光の光ビーム５２及びＣＤ記録再生用である波長７８５ｎｍの直線偏光の光ビーム５３を９０％より大きい透過率で透過する特性になっている。また、光束分離立ち上げ部１７は、第１の光ディスク４１、第２の光ディスク４２又は第３の光ディスク４３にて反射した戻り光束を同一の光軸上に導く。

第１の対物レンズ１９は、第１の保護基板厚４１ａを有する第１の光ディスクとしてのＢＤに対して第１の波長を有する光ビーム５１を集光することができる。この対物レンズ１３の開口数は、０．８５である。また、第１の対物レンズ１９は、ＢＤの記録面を保護する保護基板厚誤差によって生じる球面収差を補正するための回折素子１９１を備えている。回折素子１９１としては、例えば、透過する光軸に対する断面が鋸歯状でＮＡ０．８５のブレーズ型回折素子が使用できる。

第２の対物レンズ２０は、いわゆる２ゾーン方式のレンズであって、第２の保護基板厚４２ａを有する第２のディスクとしてのＤＶＤに対して第２の波長を有する光ビーム５２を、第３の保護基板厚を４３ａ有する第３の光ディスクとしてのＣＤに対して第３の波長を有する光ビーム４３を集光することができる。この第２の対物レンズ２０の開口数は、第２の波長に対しては０．６０であり第３の波長に対しては０．４５になっている。また、第２の対物レンズ２０は、ＤＶＤ又はＣＤの記録面を保護する保護基板厚誤差によって生じる球面収差を補正するための回折素子２０１を備えている。回折素子２０１としては、例えば、透過する光軸に対する断面が鋸歯状でＮＡ０．６のブレーズ型回折素子が使用できる。

光ピックアップ１における光束分離立ち上げ部１７、第１の対物レンズ１９及び第２の対物レンズ２０の配置について図３を用いて説明する。図３は、光ピックアップ１の結像部分を光ディスク側からみた平面図である。図３に示すｘ軸は光ディスクの半径方向に一致し、ｙ軸は接線方向に一致し、ｚ軸は光ディスクの記録面と垂直方向に一致する。そのため、図１は、対物レンズと光束分離立ち上げ部を図４に示す矢印Ａ方向からみた断面図ということになる。

第１の対物レンズ１９及び第２の対物レンズ２０は、レンズホルダ６０によって互いの位置関係が変化しないように並列して固定されている。また、レンズホルダ６０は、図３に図示しない対物レンズ駆動部によってフォーカス方向及びトラッキング方向に並進駆動される。第１の対物レンズ１９と第２の対物レンズ２０を固定するレンズホルダ６０は、図３に示すように、長手方向が光ディスク４１、４２、４３の接線方向に平行になるように配置される。レンズホルダ６０によって固定された第１の対物レンズ１９と第２の対物レンズ２０の直下には、ビームスプリッタ１７１及び反射ミラー１７２を有する光束分離立ち上げ部１７が設置される。光束分離立ち上げ部１７もまた、光ビーム５１、光ビーム５２及び光ビーム５３が接線方向から入射される配置となっている。

光束分離立ち上げ部１７に対して、光ビーム５１、光ビーム５２及び光ビーム５３が接線方向から入射されると、ビームスプリッタ１７１は、光ビーム５２及び光ビーム５３を透過するとともに光ビーム５１の光軸を入射方向から９０°垂直に立ち上げ、反射ミラー１７２は、光ビーム５２及び光ビーム５３の光軸を入射方向から９０°垂直に立ち上げることによりビームスプリッタ１７１で反射された光ビーム５１を第１の対物レンズ１９に導光し、ビームスプリッタ１７１で透過され反射ミラー１７２で反射された光ビーム５２及び光ビーム５３を第２の対物レンズ２０に導光する。

光ピックアップ１では、第１の対物レンズ１９と回折素子１９１は互いに固定され、また第２の対物レンズ２０と回折素子２０１は互いに固定され、１つのアクチュエータにより駆動される。

なお、光束分離立ち上げ部１７は、第１の光ビーム５１、第２の光ビーム５２及び第３の光ビーム５３を入射する光束入射面と、入射した第１の光ビーム５１、第２の光ビーム５２及び第３の光ビーム５３を選択的に反射又は透過する波長選択手段としての光束分岐面と、光束分岐面で透過された透過光光軸を変更する反射面と、光束分岐面で反射された光ビームを第１の対物レンズ１９に出射する出射面と、光束分岐面で透過され反射面で反射された光ビームを第２の対物レンズ２０に出射する出射面とを有する光学プリズムであってもよい。

上述した構成を有する光ピックアップ１内において、光源部１０から射出された直線偏光ビームは、回折素子１１を透過してメインビームと２つのサブビームに分岐され、コリメートレンズ１２によって平行光束に変換され、第１のビームスプリッタ１３に入射する。第１のビームスプリッタ１３に入射したＰ偏光の光束は、これを略１００％透過し、エキスパンダ１５を透過してビーム径が拡大され、コリメートレンズ１６によって再び平行光に変換される。

光ビームが波長４０５ｎｍを有するＢＤ記録再生用の光ビーム５１である場合、Ｐ偏光の光ビーム５１は、光束分離立ち上げ部１７に入射してビームスプリッタ１７１にて反射され、λ／４板１８に入射する。このとき光ビーム５１のビームスプリッタ１７１における反射率は９０％より大きい。ここでＰ偏光であった光束は円偏光に変換される。円偏光となった光ビーム５１は、第１の対物レンズ１９によって光ディスク４１の記録面上に集光される。

一方、光ビームが波長６５５ｎｍを有するＤＶＤ記録再生用の光ビーム５２又は波長７８５ｎｍを有するＣＤ記録再生用の光ビーム５３であった場合、Ｐ偏光の光ビーム５２又は光ビーム５３は、光束分離立ち上げ部１７に入射してビームスプリッタ１７１を透過し反射ミラー１７２で反射されてλ／４板１８に入射する。このとき光ビーム５２及び光ビーム５３のビームスプリッタ１７１における透過率は９０％より大きい。ここでＰ偏光であった光束が円偏光に変換される。円偏光となった光ビーム５２及び光ビーム５３は、第２の対物レンズ２０によって光ディスク４２又は光ディスク４３の記録面上に集光される。

記録面上で反射された光ビームは、同一経路を戻る。第１の対物レンズ１９からの光ビーム５１の戻り光束は、λ／４板１８を透過して直線偏光となりビームスプリッタ１７１で反射される。また、第２の対物レンズ２０からの光ビーム５２又は光ビーム５３の戻り光束は、λ／４板１８を透過して直線偏光となりビームスプリッタ１７１を透過する。そして、それぞれの直線偏光の光束は、ビームスプリッタ１３に入射しコリメートレンズ２１にて集光される。

光ビームが波長４０５ｎｍを有するＢＤ記録再生用の光ビーム５１である場合、第２のビームスプリッタ２２において反射され、集光レンズ２３によって光検出器２４上に集光される。一方、光ビームが波長６５５ｎｍを有するＤＶＤ記録再生用の光ビーム５２又は波長７８５ｎｍを有するＣＤ記録再生用の光ビーム５３であった場合、第２のビームスプリッタ２２を透過し、偏光光学素子２４を透過して光検出器２６上に集光される。

したがって、本発明の具体例として示す光ピックアップ１によれば、３ビームＬＤを用いることにより、光ピックアップを小型化することができ、構成が簡素化されるため安価に製造することができる。更に複数の光ビームを分離して対応する対物レンズに安定して導くことができる。

続いて、本発明の第２の具体例として示す光ピックアップの光学系について図４及び図５を用いて説明する。

第２の本具体例も前例と同様、第１の光ディスク３１が波長４０５ｎｍの光ビーム５１を記録再生光として使用するブルーレイディスク（以下、ＢＤと記す。）、第２の光ディスク４２が波長６５５ｎｍの光ビーム５２を記録再生光として使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、第３の光ディスク４３が波長７８５ｎｍの光ビーム４３を記録再生光として使用するＣＤ（Compact Disc）である。

第２の具体例は、ＢＤ用の記録再生光とＤＶＤ用の記録再生光に対して互換を達成した対物レンズ等の結像部分と、ＣＤ単独用の結像部分とを使用する。そのため、光束分離立ち上げ部１７に代わって、第１の光ビーム５１及び第２の光ビーム５２を反射するとともに第３の光ビーム５３を透過し、第１の光ビーム５１及び第２の光ビーム５２の反射率が９０％より大きく、かつ第３の光ビーム５３に対する透過率が９０％より大きい光学特性を有する光束分離立ち上げ部３１を使用することを特徴としている。

光ピックアップ２の光束分離立ち上げ部３１、λ／４板１８、第１の対物レンズ３２、及び第２の対物レンズ３３の周辺部の構成を図５に示す。

光ピックアップ２は、波長の異なる光ビームを異なる光路に分離する光束分離手段と分離した光ビームを対応する対物レンズへ導光する手段とを兼ねた光束分離立ち上げ部３１と、光束分離立ち上げ部３１を透過した第１の光ビーム５１又は光ビーム５２をＢＤ又はＤＶＤの記録面上に集光する第１の開口数を有した第１の対物レンズ３２と、第３の光ビーム５３をＣＤの記録面上に集光する第２の開口数を有する第２の対物レンズ３３とを備える。

また、光ピックアップ２は、復路光学系として、第１のビームスプリッタ１３にて出射光から分岐された戻り光を集光する集光レンズ２１と、光ビームを種類に応じた光検出器に導くための第２のビームスプリッタ３４と、光ビーム５１及び光ビーム５２の収差補償用の偏光光学素子３５と、光ビーム５２及び光ビーム５３の記録面上にて反射された戻り光を受光し電気信号に変換する光検出器３６と、光ビーム５３のＣＤ記録面上にて反射された戻り光を光検出器上に集光する集光レンズ３７と、反射光を受光し電気信号に変換する光検出器３８とを備えている。

光束分離立ち上げ部３１は、入射した第１の光ビーム５１、第２の光ビーム５２及び第３の光ビーム５３を選択的に反射又は透過する波長選択手段としてのビームスプリッタ３１１と、ビームスプリッタ３１１で透過された透過光光軸を変更する光軸変更手段としての反射ミラー３１２とを備える。光束分離立ち上げ部３１は、ビームスプリッタ３１２で反射された光ビームを第１の対物レンズ３２に導光し、ビームスプリッタ３１１で透過され反射ミラー３１２で反射された光ビームを第２の対物レンズ３３に導光する。

光束分離立ち上げ部３１においてビームスプリッタ３１１は、ＢＤ記録再生用である波長４０５ｎｍの直線偏光の光ビーム５１及びＤＶＤ記録再生用である波長６５５ｎｍの直線偏光の光ビーム５２を９０％より大きい反射率で反射し、ＣＤ記録再生用である波長７８５ｎｍの直線偏光の光ビーム５３を９０％より大きい透過率で透過する特性になっている。また、光束分離立ち上げ部３１は、第１の光ディスク４１、第２の光ディスク４２又は第３の光ディスク４３にて反射した戻り光束を同一の光軸上に導く。

光ピックアップ２における光束分離立ち上げ部３１、第１の対物レンズ３２及び第２の対物レンズ３３の配置も光ピックアップ１と同様であり、第１の対物レンズ３２と第２の対物レンズ３３は、光ディスクの接線方向に沿って配置されている。

光束分離立ち上げ部３１は、光ビーム５１、光ビーム５２及び光ビーム５３が接線方向から入射されるように配置されており、ビームスプリッタ３１１の鉛直上には第１の対物レンズ３２が、反射ミラー３１２の鉛直上には第２の対物レンズ３３が配置されている。ビームスプリッタ３１１は、光ビーム５２及び光ビーム５３を透過するとともに光ビーム５１及び光ビーム５２の光軸を入射方向から９０°垂直に立ち上げ、反射ミラー３１２は、光ビーム５３の光軸を入射方向から９０°垂直に立ち上げることにより、ビームスプリッタ３１１で反射された光ビーム５１及び光ビーム５２を第１の対物レンズ３２に導光し、ビームスプリッタ３１１で透過され反射ミラー３１２で反射された光ビーム５３を第２の対物レンズ３３に導光する。

第１の対物レンズ３２は、いわゆる２ゾーン方式のレンズであって、第１の保護基板厚４１ａを有する第１の光ディスクとしてのＢＤに対して第１の波長を有する光ビーム５１を集光するとともに、第２の保護基板厚４２ａを有する第２のディスクとしてのＤＶＤに対して第２の波長を有する光ビーム５２を集光することができる。この第１の対物レンズ３２の開口数は、光ビーム５１に対しては０．８５であり、光ビーム５２に対しては０．６０になっている。また、第１の対物レンズ３２は、ＢＤの記録面を保護する保護基板厚誤差によって生じる球面収差及びＤＶＤの記録面を保護する保護基板厚誤差によって生じる球面収差を補正するための回折素子３２１を備えている。回折素子３２１としては、例えば、透過する光軸に対する断面が鋸歯状でＮＡ０．８５のブレーズ型回折素子が使用できる。

第２の対物レンズ３３は、第３の保護基板厚を４３ａ有する第３の光ディスクとしてのＣＤに対して第３の波長を有する光ビーム４３を集光することができる。この第２の対物レンズ３３の開口数は、０．４５になっている。また、第２の対物レンズ３３は、ＣＤの記録面を保護する保護基板厚誤差によって生じる球面収差を補正するための回折素子３３１を備えている。回折素子３３１としては、例えば、透過する光軸に対する断面が鋸歯状でＮＡ０．４５のブレーズ型回折素子が使用できる。

光ピックアップ２では、第１の対物レンズ３２と回折素子３２１、対物レンズ３３と回折素子３３１は、互いに固定され１つのアクチュエータにより駆動される。

上述した構成を有する光ピックアップ２内において、光源部１０から射出された直線偏光ビームは、回折素子１１を透過してメインビームと２つのサブビームに分岐され、コリメートレンズ１２によって平行光束に変換され、ビームスプリッタ１３に入射する。ビームスプリッタ１３に入射したＰ偏光の光束は、これを略１００％透過し、エキスパンダ１５を透過してビーム径が拡大され、コリメートレンズ１６によって再び平行光に変換される。

光ビームが波長４０５ｎｍを有するＢＤ記録再生用の光ビーム５１又は波長６５５ｎｍを有するＤＶＤ記録再生用の光ビーム５２である場合、Ｐ偏光の光ビーム５１又は光ビーム５２は、光束分離立ち上げ部３１に入射してビームスプリッタ３１１にて反射され、λ／４板１８に入射する。このとき光ビーム５１又は光ビーム５２のビームスプリッタ３１１における反射率は９０％より大きい。ここでＰ偏光であった光束は円偏光に変換される。円偏光となった光ビーム５１又は光ビーム５２は、第１の対物レンズ３２によって光ディスク４１又は光ディスク４２の記録面上に集光される。

一方、光ビームが波長７８５ｎｍを有するＣＤ記録再生用の光ビーム５３であった場合、Ｐ偏光の光ビーム５３は、光束分離立ち上げ部３１に入射してビームスプリッタ３１１を透過し反射ミラー３１２で反射されてλ／４板１８に入射する。このとき光ビーム５３のビームスプリッタ３１１における透過率は９０％より大きい。ここでＰ偏光であった光束が円偏光に変換される。円偏光となった光ビーム５３は、第２の対物レンズ３３によって光ディスク４３の記録面上に集光される。

記録面上で反射された光ビームは、同一経路を戻る。第１の対物レンズ３２からの光ビーム５１又は光ビーム５２の戻り光束は、λ／４板１８を透過して直線偏光となりビームスプリッタ３１１で反射される。また、第２の対物レンズ３３からの光ビーム５３の戻り光束は、λ／４板１８を透過して直線偏光となりビームスプリッタ３１１を透過する。そして、それぞれの直線偏光の光束は、ビームスプリッタ１３に入射しコリメートレンズ２１にて集光される。

光ビームが波長４０５ｎｍを有するＢＤ記録再生用の光ビーム５１又は波長６５５ｎｍを有するＤＶＤ記録再生用の光ビーム５２である場合、第２のビームスプリッタ３４を透過し、偏光光学素子３５を透過して光検出器３６上に集光される。一方、光ビームが波長７８５ｎｍを有するＣＤ記録再生用の光ビーム５３であった場合、第２のビームスプリッタ３４において反射され、集光レンズ３７によって光検出器３８上に集光される。

したがって、本発明の具体例として示す光ピックアップ２によれば、３ビームＬＤを用いることにより、光ピックアップを小型化することができ、構成が簡素化されるため安価に製造することができる。更に複数の光ビームを分離して対応する対物レンズに安定して導くことができる。

続いて、本発明の具体例として示す光ピックアップを適用した光ディスク記録再生装置１０１を図６に示す。

光ディスク記録再生装置１０１は、光記録媒体である光ディスク１０２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ１０３と、本発明に係る光ピックアップ１０４と、その駆動手段としての送りモータ１０５とを備えている。この光ディスク記録再生装置１０１は、フォーマットの異なる３タイプの光ディスク１０２に対して記録再生できる３規格間互換性を実現した記録再生装置である。

本具体例で使用可能な光ディスクとしては、波長４０５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＢＤ、波長６５５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ、波長７８５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＣＤがあげられる。上段にて説明した光ディスク４１、光ディスク４２、光ディスク４３は、図６の光ディスク１０２に対応している。

ここで、スピンドルモータ１０３及び送りモータ１０５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ１０７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部１０９によりディスク種類に応じて駆動制御されており、例えば、光ディスク４１、光ディスク４２、光ディスク４３に応じて所定の回転数で駆動される。

光ピックアップ１０４は、図１乃至図５を用いて説明した３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ１０４は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号をプリアンプ部１２０に供給する。

プリアンプ部１２０の出力は、信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調＆ＥＣＣブロックと記す。）１０８に送られる。この信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８は、信号の変調、復調及びＥＣＣ（エラー訂正符号）の付加を行う。光ピックアップ１０４は、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８の指令にしたがって回転する光ディスク１０２の記録層に対して光ビームを照射し、光ディスク１０２に対して信号の記録又は再生を行う。

プリアンプ部１２０は、フォーマット毎に異なって検出される光ビームに対応する信号に基づいて、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するように構成されている。記録又は再生の対象媒体とされる光記録媒体の種類に応じて、サーボ制御回路１０９、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８等により、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの規格に基づく復調及び誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。

ここで例えば、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェイス１１１を介して外部コンピュータ１３０に送出される。これにより、外部コンピュータ１３０等は、光ディスク１０２に記録された信号を再生信号として受け取ることができる。

また、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ及びＡ／Ｄ変換器１１２のＤ／Ａ変換部でデジタルアナログ変換され、オーディオビジュアル処理部１１３に供給される。そしてオーディオビジュアル処理部１１３でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオビジュアル信号入出力部１１４を介して、図示しない外部の撮像映写機器等に伝送される。

光ピックアップ１０４において、例えば、光ディスク１０２上の所定の記録トラックまで移動させるための送りモータ１０５の制御、スピンドルモータ１０３の制御、及び光ピックアップ１０４において光集光手段となる対物レンズを保持する２軸アクチュエータのフォーカシング方向の駆動とトラッキング方向の駆動制御は、それぞれサーボ制御回路１０９により行われる。

サーボ制御回路１０９は、光ピックアップ１０４内に配設された光結合効率可変素子を動作させ、光ピックアップ１０４における光結合効率、すなわち半導体レーザ素子等のレーザ光源から出射される光束の総光量と光ディスク１０２上に集光する光量との比率が、記録モード時、再生モード時、或いは光ディスク１０２の種類に応じて変更されるように制御している。

レーザ制御部１２１は、光ピックアップ１０４のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部１２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク１０２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部１２１は、ディスク種類判別部１１５によって検出された光ディスク１０２の種類に応じて光ピックアップ１０４のレーザ光源を切り換えている。

ディスク種類判別部１１５は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から光ディスク１０２の異なるフォーマットを検出することができる。光ディスク記録再生装置１０１を構成する各ブロックは、ディスク種別判別部１１５における検出結果に応じて、装着される光ディスクの仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。

システムコントローラ１０７は、ディスク種類判別部１１５から送られる検出結果に基づいて光ディスク１０２の種類を判別する。光記録媒体の種類を判別する手法としては、光記録媒体がカートリッジに収納されるタイプであれば、このカートリッジに検出穴を設けて接触検出センサ又は押下スイッチを用いて検出する手法があげられる。

光結合効率制御手段として機能するサーボ制御回路１０９は、システムコントローラ１０７に制御され、ディスク種類判別部１１５の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。サーボ制御回路１０９は、例えば光ピックアップ１０４と光ディスク１０２との相対位置を検出する（ディスク１０２に記録されたアドレス信号をもとに位置検出する場合を含む）ことによって、記録及び／又は再生する記録領域を判別できる。そして、サーボ制御回路１０９は、記録及び／再生する記録領域の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。

以上説明した光ディスク記録再生装置１０１によれば、図１乃至図５に示すように、３ビームＬＤを用いることにより、光ピックアップを小型化することができ、構成が簡素化されるため安価に製造することができる。更に複数の光ビームを分離して対応する対物レンズに安定して導くことができる。

本発明は、異なる保護基板厚を有する光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長の光ビームによって行う光ピックアップであれば、具体例にて説明した以外のディスクフォーマットに対しても適用可能である。例えば、光ディスクは、光変調記録を用いた種々の方式の記録再生ディスク、いわゆる「光磁気記録」、「相変化記録」及び「色素記録」等を含む光ディスク、具体的には「ＣＤ−Ｒ／ＲＷ」、「ＤＶＤ−ＲＡＭ」、「ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ」、「ＤＶＤ＋ＲＷ」等、又は、各種光磁気記録媒体であってもよい。光ディスクは、記録層上における最適な記録及び／又は再生光パワーが異なる少なくとも２以上の記録領域に記録層が分割された光ディスク、複数の記録層が透明基板を介して積層された光ディスクであっても使用できる。

本発明の具体例として示す光ピックアップの光学系を説明する構成図である。 第１の具体例として示す光ピックアップの光学系の記録面付近を説明する拡大図である。 上記光ピックアップの結像部分を光ディスク側からみた平面図である。 本発明の第２の具体例として示す光ピックアップの光学系を説明する構成図である。 第２の具体例として示す光ピックアップの光学系の記録面付近を説明する拡大図である。 本発明の具体例として示す光ピックアップを適用した光ディスク記録再生装置を説明する構成図である。

符号の説明

１，２ 光ピックアップ、 １０ 光源部、 １１ 回折格子、 １２ コリメートレンズ、 １３ ビームスプリッタ、 １４ 受光素子、 １５ エキスパンダ、 １６ コリメートレンズ、 １７ 光束分離立ち上げ部、 １９ 第１の対物レンズ、 ２０ 第２の対物レンズ、 ２１ 集光レンズ、 ２２ 第２のビームスプリッタ、 ２３ 集光レンズ、 ２４ 光検出器、 ２５ 偏光光学素子、 ２６ 光検出器、 ４１ 第１の光ディスク、 ４２ 第２の光ディスク、 ４３ 第３の光ディスク、 ５１ 光ビーム（４０５ｎｍ）、 ５２ 光ビーム（６５５ｎｍ）、 ５３ 光ビーム（７８５ｎｍ）

Claims (8)

1. 互いに異なる保護基板厚を有する個々のディスク状光学記録媒体に対する記録再生を波長及び開口数が異なる光ビームによって行う光ピックアップにおいて、
   第１の波長を有する第１の光ビームを射出する第１の光源と、
   第２の波長を有する第２の光ビームを射出する第２の光源と、
   第３の波長を有する第３の光ビームを射出する第３の光源と、
   上記第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームを選択的に反射又は透過する光束分離手段と、
   上記光束分離手段で反射された光ビームをディスク状光学記録媒体上に集光する第１の開口数を有する第１の対物レンズと、
   上記光束分離手段で透過された光ビームをディスク状光学記録媒体上に集光する第２の開口数を有する第２の対物レンズと、
   上記光束分離手段と上記第１の対物レンズ及び上記第２の対物レンズの間に配置され上記光源から射出された直線偏光の光ビームを円偏光に変換する偏光変換手段と、
   上記ディスク状光学記録媒体にて反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、
   上記第１の対物レンズ及び上記第２の対物レンズは、上記ディスク状光学記録媒体の接線方向に沿って配置されることを特徴とする光ピックアップ。
2. 上記光束分離手段は、上記第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームを選択的に反射又は透過する波長選択手段と、該波長選択手段で透過された透過光光軸方向を変更する光軸変更手段とを備え、
   上記光束分離手段は、上記第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームが上記接線方向から入射されるように配置され、上記波長選択手段で反射された光ビームを上記第１の対物レンズに導光するとともに、上記波長選択手段で透過され上記光軸変更手段にて光軸変更された光ビームを上記第２の対物レンズに導光することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
3. 上記第１の光ビーム、上記第２の光ビーム、上記第３の光ビームは、この順番に波長が大きくなる関係にあり、上記光束分離手段は、上記第１の光ビームを反射するとともに上記第２の光ビーム及び第３の光ビームを透過し、上記第１の光ビームの反射率が９０％より大きく、かつ上記第２の光ビーム及び第３の光ビームに対する透過率が９０％より大きいことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
4. 上記第１の光ビーム、上記第２の光ビーム、上記第３の光ビームは、この順番に波長が大きくなる関係にあり、上記光束分離手段は、上記第１の光ビーム及び上記第２の光ビームを反射するとともに上記第３の光ビームを透過し、上記第１の光ビーム及び上記第２の光ビームの反射率が９０％より大きく、かつ上記第３の光ビームに対する透過率が９０％より大きいことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
5. 互いに異なる保護基板厚を有する個々のディスク状光学記録媒体を回転駆動し、送り手段によって該ディスク状光学記録媒体の半径方向に移動されてディスク状光学記録媒体の種類に応じて波長及び開口数が異なる光ビームによって記録再生を行う光ピックアップを有し、ディスク状記録媒体の回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に応じて制御するディスク状光学記録媒体記録再生装置において、
   上記光ピックアップは、
   第１の波長を有する第１の光ビームを射出する第１の光源と、
   第２の波長を有する第２の光ビームを射出する第２の光源と、
   第３の波長を有する第３の光ビームを射出する第３の光源と、
   上記第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームを選択的に反射又は透過する光束分離手段と、
   上記光束分離手段で反射された光ビームをディスク状光学記録媒体上に集光する第１の開口数を有する第１の対物レンズと、
   上記光束分離手段で透過された光ビームをディスク状光学記録媒体上に集光する第２の開口数を有する第２の対物レンズと、
   上記光束分離手段と上記第１の対物レンズ及び上記第２の対物レンズの間に配置され上記光源から射出された直線偏光の光ビームを円偏光に変換する偏光変換手段と、
   上記ディスク状光学記録媒体にて反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、
   上記第１の対物レンズ及び上記第２の対物レンズは、上記ディスク状光学記録媒体の接線方向に沿って配置される
   ことを特徴とするディスク状光学記録媒体記録再生装置。
6. 上記光束分離手段は、上記第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームを選択的に反射又は透過する波長選択手段と、該波長選択手段で透過された透過光光軸方向を変更する光軸変更手段とを備え、
   上記光束分離手段は、上記第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームが上記接線方向から入射されるように配置され、上記波長選択手段で反射された光ビームを上記第１の対物レンズに導光するとともに、上記波長選択手段で透過され上記光軸変更手段にて光軸変更された光ビームを上記第２の対物レンズに導光することを特徴とする請求項５記載のディスク状光学記録媒体記録再生装置。
7. 上記第１の光ビーム、上記第２の光ビーム、上記第３の光ビームは、この順番に波長が大きくなる関係にあり、上記光束分離手段は、上記第１の光ビームを反射するとともに上記第２の光ビーム及び第３の光ビームを透過し、上記第１の光ビームの反射率が９０％より大きく、かつ上記第２の光ビーム及び第３の光ビームに対する透過率が９０％より大きいことを特徴とする請求項５記載のディスク状光学記録媒体記録再生装置。
8. 上記第１の光ビーム、上記第２の光ビーム、上記第３の光ビームは、この順番に波長が大きくなる関係にあり、上記光束分離手段は、上記第１の光ビーム及び上記第２の光ビームを反射するとともに上記第３の光ビームを透過し、上記第１の光ビーム及び上記第２の光ビームの反射率が９０％より大きく、かつ上記第３の光ビームに対する透過率が９０％より大きいことを特徴とする請求項５記載のディスク状光学記録媒体記録再生装置。

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