JP2006004569A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の発信波長の光源を用いる場合において、従来の２レーザ方式の光ピックアップ装置よりも小型化でき、活性層の膜厚を別個に制御する必要のない従来の光源を用いて、光の利用効率を向上できる光ピックアップ装置を提供すること。
【解決手段】 異なる複数波長のレーザ光を近接した発行点１ａ、１ｂから出射する光源１と、２つのホログラム素子を有し、光源１からの発散する光束のうちの少なくとも１つの光束に対して発散角を変換する変換光学素子２と、ビームスプリッタ３と、コリメータレンズ４と、絞り５と、対物レンズ６と、光ディスク７、８によって反射されたレーザ光を検出する光検出器９とを備えた構成を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ等の異なる種類の光記録媒体への記録または光記録媒体からの再生（以下、記録再生という。）を行う光ピックアップ装置に関し、特に、波長が相互に異なる複数のレーザ光を近接した位置から出射することができる光源を用いて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。

ＣＤの記録再生には７８０ｎｍ付近の波長の光を出射するレーザ光源が必要であり、ＤＶＤの記録再生には６５０ｎｍ付近の波長の光を出射するレーザ光源が必要であることが知られている。そのため、従来、複数種類の光記録媒体の記録再生を１台の光ピックアップ装置で行うために発振波長の異なる２個の半導体レーザを搭載した、所謂、２レーザ方式の光ピックアップ装置が実用化された。

近年、複数種類の光記録媒体の記録再生を１台の光ピックアップ装置で行う技術の普及に伴い、光ピックアップ装置の小型化や低価格化を図るため、発振波長の異なる複数の半導体レーザを単一基板上に一体化して集積した、所謂、ツインレーザも開発され、実用化されてきた。

ここで、半導体レーザが出射する光束の発散角は、一般に波長およびその出力によって異なるものである。そのため、上記の２レーザ方式の光ピックアップ装置では、半導体レーザが出射した光束を高効率に対物レンズに導くため、発散角の大きい半導体レーザに対しては、焦点距離の短いコリメータレンズを用い、また発散角の狭い半導体レーザでは、焦点距離の長いコリメータレンズを用いて調整していた。

一方、上記のツインレーザ方式の光ピックアップ装置では、それぞれの光源の位置がほぼ同一面内にあり、それぞれ光源からの光束を共通のコリメータレンズを用いて対物レンズに導かざるを得ず、適切にコリメートできず光束の利用効率の最適化を図ることが困難であった。このことは、ＣＤおよびＤＶＤに記録された情報の読み取り専用の光ピックアップ装置では大きな問題とはならなかったが、書き込み機能を有する光ピックアップ装置では、光束の利用効率が不十分なコリメートにより充分に確保できなくなり、問題となってきた。

係る問題を回避すべく、半導体レーザチップとして、ＤＶＤ用の波長の光束を発生する発光点とＣＤ用の波長の光束を発生する発光点とを別個に有するモノリシック型の半導体レーザチップを用い、一方の活性層の膜厚を調整することによって、発散角の相違を吸収しようとする技術が開示された（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−３９８９８号公報

しかし、このような従来の２レーザ方式の光ピックアップ装置では、依然として小型化の点でツインレーザ方式の光ピックアップ装置よりも劣るという問題があった。また、従来のツインレーザ方式の光ピックアップ装置では、活性層の膜厚を別個に制御することが簡易にできないという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、複数の発信波長の光源を用いる場合において、従来の２レーザ方式の光ピックアップ装置よりも小型化が可能で、活性層の膜厚を別個に制御する必要のない従来の光源を用いて、少なくとも１つ以上の光の利用効率を向上させることが可能な光ピックアップ装置を提供するものである。

以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、波長が相互に異なる複数のレーザ光を近接した位置から出射することができ、複数の前記レーザ光のうちの１つ以上が進行方向に向かって所定の発散角で発散する光束である光源と、発散する前記光束のうちの少なくとも１つの光束に対して、前記発散角を変換する変換光学素子と、前記光源が出射し、前記変換光学素子を透過したレーザ光を所定の光記録媒体へ集光する対物レンズと、前記対物レンズによって集光され、前記光記録媒体によって反射されたレーザ光を検出する光検出器とを備え、前記変換光学素子が、前記対物レンズに最も近いホログラム素子を除く第１のホログラム素子と、前記第１のホログラム素子よりも前記対物レンズに近い第２のホログラム素子とを含む複数のホログラム素子を有する備えた構成を有している。

この構成により、変換光学素子が、ホログラム素子等を用いて発散角を変換するようになっているため、複数の発信波長の光源を用いる場合において、従来の２レーザ方式の光ピックアップ装置よりも小型化が可能で、活性層の膜厚を別個に制御する必要のない従来の光源を用いて、少なくとも１つ以上の光の利用効率を向上させることが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記変換光学素子は、前記対物レンズに最も近いホログラム素子を除く第１のホログラム素子と、前記第１のホログラム素子よりも前記対物レンズに近い第２のホログラム素子との２つの前記ホログラム素子を有する構成をなしている。

この構成により、請求項１の効果に加え、変換光学素子が２つのホログラム素子によって構成されるため、変換光学素子を簡易に作製することが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１または２において、前記第１のホログラム素子が、凸レンズの機能を有し、前記第２のホログラム素子は、凹レンズの機能を有する構成を有している。

この構成により、請求項１または２の効果に加え、レンズ機能を有するホログラム素子を用いるため、簡易かつ小型化が可能な光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１から３までのいずれか１項において、前記第１のホログラム素子の焦点距離をｆ_１とし、前記第２のホログラム素子の焦点距離をｆ_２とし、前記光源から前記第１のホログラム素子までの距離をａとし、前記第１のホログラム素子から前記第２のホログラム素子までの距離をｂとしたとき、前記第１のホログラム素子の焦点距離ｆ_１が以下の第１の条件を満たし、
（第１の条件） ｆ_１＞ａ
前記第２のホログラム素子の焦点距離ｆ_２が、Φ_ｆ１ａｂ＝−１／｛１／（１／ｆ_１−１／ａ）−ｂ｝−１／（ａ＋ｂ）とし、Δ＝０．１／（ａ＋ｂ）としたとき、以下の第２の条件を
（第２の条件） Φ_ｆ１ａｂ-Δ ≦ 1/ｆ_２ ≦ Φ_ｆ１ａｂ+Δ
満たす構成を有している。

この構成により、請求項１から３までのいずれか１項の効果に加え、第１のホログラム素子が第１の条件を満たし、第２のホログラム素子が第２の条件を満たすようにしたため、さらに発散角の変換を適切に行うことが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項５に係る発明は、請求項４において、前記変換光学素子が、前記光源と前記第１のホログラム素子との間に、前記光源が出射したレーザ光を通すＮ枚の平板を有し、Ｎ枚の前記平板に、前記光源側から前記対物レンズ側に向かって増えていく番号ｉ（ｉ＝１、２、・・・，Ｎ）を付して第１の平板から第Ｎの平板とし、前記第１の平板から前記光源までの距離をｓ_１とし、前記第ｉ（ｉ＝２、・・・，Ｎ）の平板から前記第（ｉ−１）（ｉ＝２、・・・，Ｎ）の平板までの距離をｓ_ｉ（ｉ＝２、・・・、Ｎ）とし、前記第Ｎの平板から前記第１のホログラム素子までの距離をｓ_Ｎ＋１とし、各前記平板の厚さをｄ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｎ）とし、各前記平板の屈折率をｎ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｎ）としたとき、前記光源から前記第１のホログラム素子までの距離に代えて、距離ｓ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｎ、Ｎ＋１）の総和と、ｄ_ｉ/ｎ_ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の総和とを加算したものを前記ａとする構成を有している。

この構成により、請求項４の効果に加え、光源と第１のホログラム素子との間にさらに平板を配置できるようにしたため、他の機能を有する光学素子と変換光学素子とを一体化することが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項６に係る発明は、請求項４または５において、前記変換光学素子が、前記第１のホログラム素子と前記第２のホログラム素子との間に、前記第１のホログラム素子を通過したレーザ光を通すＭ枚の平板を有し、Ｍ枚の前記平板に、前記第１のホログラム素子側から前記第２のホログラム素子側に向かって増えていく番号ｊ（ｊ＝１、２、・・・，Ｍ）を付して第１の平板から第Ｍの平板とし、前記第１のホログラム素子から前記第１の平板までの距離をｔ_１とし、前記第ｊ（ｊ＝２、・・・，Ｍ）の平板から前記第（ｊ−１）（ｊ＝２、・・・，Ｍ）の平板までの距離をｔ_ｊ（ｊ＝２、・・・、Ｍ）とし、前記第Ｍの平板から前記第２のホログラム素子までの距離をｔ_Ｍ＋１とし、各前記平板の厚さをｅ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｍ）とし、各前記平板の屈折率をｍ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｍ）としたとき、前記第１のホログラム素子から前記第２のホログラム素子までの距離に代えて、距離ｔ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｍ、Ｍ＋１）の総和と、ｅ_ｊ/ｍ_ｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｍ）の総和とを加算したものを前記ｂとする構成を有している。

この構成により、請求項４または５の効果に加え、光源と第２のホログラム素子との間にさらに平板を配置できるようにしたため、他の機能を有する光学素子と変換光学素子とを一体化することが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項７に係る発明は、請求項２から６までのいずれか１項において、前記第１のホログラム素子が１枚の平板部材の第１の面に積層され、前記第２のホログラム素子は前記平板部材の前記第１の面に対向する第２の面に積層されている構成を有している。

この構成により、請求項２から６までのいずれか１項の効果に加え、１枚の平板部材に第１のホログラム素子と第２のホログラム素子とが対向するように積層されるため、第１のホログラム素子と第２のホログラム素子とを一体化することが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項８に係る発明は、請求項２から７までのいずれか１項において、前記第１のホログラム素子および前記第２のホログラム素子が、それぞれ、複屈折性材料からなる複屈折性材料層と等方性材料からなる等方性材料層とを積層してなる透過型の偏光ホログラム素子である構成を有している。

この構成により、請求項２から７までのいずれか１項の効果に加え、複屈折性材料層と等方性材料層とを積層して第１のホログラム素子と第２のホログラム素子とを形成するため、従来技術を用いて制御性よく第１のホログラム素子と第２のホログラム素子とを作製することが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項９に係る発明は、請求項２から８までのいずれか１項において、前記変換光学素子は、前記第１のホログラム素子の前記光源側の面上または前記光源と前記第１のホログラム素子との間の所定の位置と、前記第２のホログラム素子の前記対物レンズ側の面上または前記第２のホログラム素子と前記対物レンズとの間の所定の位置に、中心波長が６５０ｎｍの光束に対して（５／２）波長板として作用すると共に、中心波長が７８０ｎｍの光束に対して２波長板として作用する波長板が積層されている構成を有している。

この構成により、請求項２から８までのいずれか１項の効果に加え、中心波長が６５０ｎｍの光束に対して（５／２）波長板として作用し、中心波長が７８０ｎｍの光束に対して２波長板として作用するため、中心波長が７８０ｎｍの光束の偏光方向を実質上変化させず、中心波長が６５０ｎｍの光束の偏光方向だけを変化させることが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

また、請求項１０に係る発明は、請求項２から６までのいずれか１項において、前記第１のホログラム素子は１枚の平板部材の第１の面に設けられ、前記第２のホログラム素子は前記平板部材の前記第１の面に対向する第２の面に設けられ、前記平板部材は無機材料からなる構成を有している。

この構成により、請求項２から６までのいずれか１項の効果に加え、平板部材として無機材料を用いるため、機械的に堅固なホログラム素子を作製することが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

本発明は、変換光学素子が、ホログラム素子等を用いて発散角を変換するようになっているため、複数の発信波長の光源を用いる場合において、従来の２レーザ方式の光ピックアップ装置よりも小型化が可能で、活性層の膜厚を別個に制御する必要のない従来の光源を用いて、少なくとも１つ以上の光の利用効率を向上させることが可能な光ピックアップ装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る光ピックアップ装置の一構成例を概念的に示した図である。図１において、光ピックアップ装置１００は、使用波長λ_ａの光束を発する第１の発光点１ａおよび使用波長λ_ｂの光束を発する第２の発光点１ｂを有する光源１と、光源１が発する発散光の発散角を変換するための変換光学素子２と、ビームスプリッタ３と、コリメータレンズ４と、絞り５と、対物レンズ６と、光検出器９とを備える。

光ピックアップ装置１００は、光ディスク７、８に情報を記録し、光ディスク７、８に記録された情報を再生する光ディスクの記録再生を、２つの使用波長λ_ａ、λ_ｂの光束を用いて複数種類の光ディスクに対して行う。ここで、光ディスクの記録再生に用いる光束の使用波長λ_ａ、λ_ｂは、光ディスク７、８の種類の応じて予め決められているものとする。以下、光ディスク７、８として、それぞれ、ＤＶＤ、ＣＤを想定する。

以下、光ディスク７は、使用波長λ_ａの光束を用いて記録再生がなされ、０．６ｍｍの保護層厚を有するものとする。また、光ディスク８は、使用波長λ_ｂの光束を用いて記録再生がなされ、１．２ｍｍの保護層厚を有するものとする。また、本発明の光ピックアップ装置１００の光学系は、正確に記録再生を行うことができるように、回折限界性能を有するものとする。

光源１は、使用波長λ_ａの光束を発する第１の発光点１ａと、使用波長λ_ｂの光束を発する第２の発光点１ｂとを有するハイブリッド型またはモノリシック型の半導体レーザで構成される。光源１の各発光点１ａ、１ｂからは、６５５ｎｍ近傍の使用波長λ_ａ（６３０ｎｍ≦λ_ａ≦６８０ｎｍ）の発散光束と、７８０ｎｍ近傍の使用波長λ_ｂ（７６０ｎｍ≦λ_ｂ≦８００ｎｍ）の発散光束とが、それぞれ、同一の偏光方向の直線偏光で出射されるようになっている。

変換光学素子２は、少なくとも２枚のホログラム素子を含むものであるが、説明の都合上、以下では、ホログラム素子の個数を２つとする。これらのホログラム素子としては、レンズの機能を有するホログラム素子、入射する光の偏光方向に応じて作用が異なる偏光ホログラム素子等がある。変換光学素子２を構成する２つのホログラム素子のうち、光源１側に位置する第１のホログラム素子は、光源１が出射した光束の発散角を小さくする（収束になる状態を含む）ように、凸レンズの機能を有するものとする。

また、光ディスク７、８側に位置する第２のホログラム素子は、第１のホログラム素子から離れて配置され、第１のホログラム素子とは逆に光束の発散角を広げる、凹レンズの機能を有するものとする。第２のホログラム素子は、第１のホログラム素子によって変換されて小さくなった発散角を再度変換して、発散角を再度変換した後の光束がほぼ光源１の位置から出射したようにする。ここで、第１のホログラム素子と第２のホログラム素子とは離れて配置されるため、第２のホログラム素子から出射する光束の発散角は、光源からの発散角より小さくできる。

以下に、数式を用いて具体的に説明する。第１のホログラム素子の焦点距離をｆ_１、第２のホログラム素子の焦点距離をｆ_２とすると、変換光学素子２を構成する各ホログラム素子の焦点距離ｆ_１、ｆ_２は、それぞれ、以下の第１の条件および第２の条件を満たすようになっている。
（第１の条件） ｆ_１＞ａ
（第２の条件） Φ_ｆ１ａｂ-Δ ≦ 1/ｆ_２ ≦ Φ_ｆ１ａｂ+Δ
ここで、Φ_ｆ１ａｂは以下の式（１）で表され、Δは｛０．１／（ａ＋ｂ）｝であり、ａは光源１から第１のホログラム素子までの距離であり、ｂは第１のホログラム素子と第２のホログラム素子との間の距離である。
Φ_ｆ１ａｂ＝−１／｛１／（１／ｆ_１−１／ａ）−ｂ｝−１／（ａ＋ｂ） （１）
ただし、光源１から第１のホログラム素子までの間に平板がＮ（Ｎは整数）枚配置されている場合、上記の「ａ」は以下のようになる。まず、光源１側から対物レンズ６側に向かって増えていく番号ｉ（ｉ＝１、２、・・・，Ｎ）をＮ枚の平板に付し、光源１側の平板ｐ_１から光源１までの距離をｓ_１、平板ｐ_ｉ（ｉ＝２、・・・、Ｎ）から平板ｐ_ｉ−１までの距離をｓ_ｉ（ｉ＝２、・・・、Ｎ）、および、光源１側からＮ番目の平板ｐ_Ｎから第１のホログラム素子までの距離をｓ_Ｎ＋１、各平板の厚さをｄ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｎ）、各平板の屈折率をｎ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｎ）とする。このとき、上記の「ａ」は、距離ｓ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｎ、Ｎ＋１）の総和と、ｄ_ｉ/ｎ_ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の総和とを加算したものとなる。

同様に、第１のホログラム素子と第２のホログラム素子との間に平板がＭ枚配置されている場合、上記の「ｂ」は以下のようになる。まず、第１のホログラム素子側から第２のホログラム素子側に向かって増えていく番号ｊ（ｊ＝１、２、・・・，Ｍ）を付し、第１のホログラム素子側の平板ｑ_１から第１のホログラム素子までの距離をｔ_１、平板ｑ_ｊ（ｊ＝２、・・・、Ｍ）から平板ｑ_ｊ−１までの距離をｔ_ｊ（ｊ＝２、・・・、Ｍ）、および、第１のホログラム素子側からＭ番目の平板ｑ_Ｍから第２のホログラム素子までの距離をｔ_Ｍ＋１、各平板の厚さをｅ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｍ）、各平板の屈折率をｍ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｍ）とする。このとき、上記の「ｂ」は、距離ｔ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｍ、Ｍ＋１）の総和と、ｅ_ｊ/ｍ_ｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｍ）の総和とを加算したものとなる。

ここで、第１のホログラム素子の焦点距離ｆ_１が満たす第１の条件、および、第２のホログラム素子の焦点距離ｆ_２が満たす第２の条件について説明する。まず、焦点距離ｆ_１が満たす第１の条件は、第１のホログラム素子によって発散角が変換された後でも、光束が発散的であることを要求するものである。焦点距離ｆ_２が満たす第２の条件に関しては、第２の条件を表す式中のΦ_ｆ１ａｂについて初めに説明する。焦点距離ｆ_２が、ｆ_２＝１／Φ_ｆ１ａｂを満たすとき、変換光学素子２から出力される発散角変換後の光束は、変換後の発散角で元の光源１の位置から出射されたかのようになる。第２の条件を表す式中のΔは、光ピックアップ装置のオートフォーカス機能によって調整できる範囲である。

第１のホログラム素子の前面（光源１側）に、ＤＶＤ用の使用波長λ_ａの光束に対して（５／２）波長板の機能を持ち、ＣＤ用の使用波長λ_ｂの光束に対して２波長板の機能を持つような位相差板を置くと、ＤＶＤ用の使用波長λ_ａに対しては実質（１／２）波長板となるため、入射してくる光束の偏光方向を９０°回転させることができ、また、ＣＤ用の使用波長λ_ｂに対しては波長板が存在しない場合と等価であり、偏光方向の回転は生じない。

このようにＤＶＤ用の波長の光束のみの偏光方向を回転させることによって、いずれも直線偏光であるＤＶＤ用の波長の光束とＣＤ用の波長の光束の偏光方向を直交させることができる。加えてホログラム素子として、複屈折性材料からなる複屈折性材料層と等方性材料からなる等方性材料層を積層してなる偏光ホログラム素子を用いることによって、特定の偏光方向の光束に対してのみホログラムの機能を持たせることができる。これにより、偏光方向を選ぶことによって、特定の波長の光束のみの発散角の変換が可能となる。

通常、ＣＤ用の光源の発散角の方がＤＶＤ用の光源の発散角より大きいため、ＣＤ用に充分な光束を光学系に取り込めない場合がある。そのため、ＣＤ用の光束の発散角を小さくし、光利用効率を高くするように構成するのも有効である。また、上記の位相差板と偏光ホログラム素子を用いず、ＤＶＤ用の光束およびＣＤ用の光束を共に回折させるホログラム素子を用いて、両方の光束の発散角の変換を行う構成としてもよい。

ビームスプリッタ３は、光源１からの使用波長λ_ａの光束および使用波長λ_ｂの光束を透過させるとともに、第１の光ディスク７または第２の光ディスク８の情報記録面で反射して戻ってきた光束を反射させ、光検出器９に導くようになっている。なお、ビームスプリッタの代わりにハーフミラーを用いるのでもよい。

コリメータレンズ４は、ガラス、合成樹脂等からなり、光源１が発した使用波長λ_ａの光束および使用波長λ_ｂの光束をほぼ平行光に変換するようになっている。コリメータレンズ４として、光源１からの光束の発散角に応じて、焦点距離が１０ｍｍから２０ｍｍ程度の範囲内のレンズを用いることが好適である。なお、後述の対物レンズ６が無限系として使用される場合はコリメータレンズ４は必要であるが、対物レンズ６が有限系として使用される場合は、コリメータレンズ４は不要である。

絞り５は、開口数（ＮＡ）を変更できるようになっている。記録または再生の際の、第１の光ディスク７に使用される開口数と、第２の光ディスク８に使用される開口数とが異なる場合、絞り５を用いて開口数を調整するものである。絞り５には機械的絞り、光学的絞り等があるが、特定のものに限定されない。なお、変換光学素子２が発散角を変換することによって、少なくとも一方の波長の光束に対して開口数に相当する発散角に変換される場合は、絞り５は不要となる。

対物レンズ６は、対物レンズ６に入射した光束を使用波長λ_ａ、λ_ｂに応じて予め決められた光ディスクに集光させる（本発明の実施の形態では、使用波長λ_ａの光束を第１の光ディスク７に、使用波長λ_ｂの光束を第２の光ディスク８に集光させる。）ようになっている。具体的には、焦点距離が１ｍｍから５ｍｍ程度、使用波長λ_ａの光束に対して開口数０．６以上、軸上波面収差ＲＭＳ値０.０３λ_ａ以下、使用波長λ_ｂの光束に対して開口数０.４５以上、軸上波面収差ＲＭＳ値０.０３λ_ｂ以下の特性を有するガラス、合成樹脂等からなるレンズを用いるのが好適である。このようなレンズの例として特開２００１―３４４７９８号公報記載のレンズを挙げることができる。

光源１の第１の発光点１ａから発せられた使用波長λ_ａの光束は、発散角変換用の変換光学素子２、ビームスプリッタ３、コリメータレンズ４、絞り５、対物レンズ６を順に透過し、第１の光ディスク７の情報記録面に集光する。同様に、光源１の第２の発光点１ｂから発せられた使用波長λ_ｂの光束は、第２の光ディスク８の情報記録面に集光する。

第１の光ディスク７または第２の光ディスク８の情報記録面に集光した光束は、それぞれの情報記録面で反射し、対物レンズ６、絞り５、コリメータレンズ４を透過し、ビームスプリッタ３で反射し光検出器９に入る。ここで、光検出器９からの出力信号を用いて、第１の光ディスク７の情報記録面、または第２の光ディスク８の情報記録面に記録された情報の読み取り信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号が得られるようになっている。

なお、光ピックアップ装置１００には、上記フォーカスエラー信号に基づいて対物レンズ６を光軸方向に移動する機構（フォーカスサーボ）、および、上記トラッキングエラー信号に基づいて対物レンズ６を光軸にほぼ垂直の方向に移動する機構（トラッキングサーボ）が含まれるが、図１に示す構成では省略した。

本発明に係る光ピックアップ装置１００を構成する変換光学素子２については、以下に示す実施例により具体的に説明する。

図２は、本発明に係る光ピックアップ装置１００を構成する変換光学素子２の概念的な構成を示す断面図である。図２において、変換光学素子２は、第１の波長板２１と、第１のホログラム素子２２と、光学ガラス２３と、第２のホログラム素子２４と、第２の波長板２５とが積層された構成を有する。変換光学素子２を光ピックアップ装置１００に組み込む際は、変換光学素子２の第１の波長板２１側を光源に向けて配置する。

第１の波長板２１は、ＤＶＤ用の使用波長λ_ａの光束に対して（５／２）波長板の機能を持ちＣＤ用の使用波長λ_ｂの光束に対して２波長板の機能を有し、一軸延伸を行って得られたポリカーボネートをガラス基板に固定して作成した。第１の波長板２１は、上記の機能により、ＤＶＤ用の使用波長λ_ａに対しては実質（１／２）波長板となるため、入射してくる光束の偏光方向を９０°回転させることになる。また、ＣＤ用の使用波長λ_ｂに対しては波長板が存在しない場合と等価であり、偏光方向の回転は生じない。

このようにＤＶＤ用の使用波長λ_ａを有し直線偏光の光束のみの偏光方向を回転させることよって、同一の偏光方向に直線偏光の、ＤＶＤ用の使用波長λ_ａの光束とＣＤ用の使用波長λ_ｂの光束とで、直線偏光のまま偏光方向を直交させた。

ここで、第１のホログラム素子２２は、複屈折性材料層と等方性材料層とを積層してなる透過型の偏光ホログラム素子であり、複屈折性材料層が光軸を中心とする輪状の段差部を有するものとする。また、第１のホログラム素子２２は、等方性材料層が、上記の段差部を充填するようになっている。本実施例では、使用波長λ_ａを有し第１の偏光方向の光束に対する複屈折材料層の屈折率をｎ_１１（λ_ａ）、等方性材料層の使用波長λ_ａでの屈折率をｎ_２(λ_ａ)として、
ｎ_１１（λ_ａ）＝ｎ_２(λ_ａ)
をほぼ満足するようにした。

また、使用波長λ_ｂを有し第１の偏光方向とは直交する第２の偏光方向の光束に対する複屈折材料層の屈折率をｎ_１２（λ_ｂ）、等方性材料層の使用波長λ_ｂでの屈折率をｎ_２(λ_ｂ)として、
ｎ_１２（λ_ｂ）≠ｎ_２(λ_ｂ)
をほぼ満足するようにした。このようにすることによって、使用波長λ_ａ（第１の偏光方向）の光束に対しては、ホログラム素子にレンズ機能を持たせず、使用波長λ_ｂ（第２の偏光方向）に対しては、ホログラム素子にレンズ機能を持たせた。

本実施例では、複屈折性材料として高分子液晶を用い、等方性材料としてエポキシ系の紫外線硬化型樹脂を用いた。本実施例で用いた上記の各材料の屈折率は、表１に示すとおりである。

本実施例では、上記のホログラム素子を、後述の光学ガラス２３に複屈折性材料を接着させて積層し、等方性材料で段差部を充填し、充填した等方性材料を厚さ０.５ｍｍのカバーガラス（硝材ＢＫ７）で被うように積層して作成した。

次に、第１のホログラム素子２２の光学設計について説明する。光源１によって発せられる光束の発散角を小さくするために、第１の波長板２１を、光源１の第２の発光点からの距離が４．５ｍｍとなる位置に配置し、第１のホログラム素子２２に０．５ｍｍのカバーガラスが積層されていることを考慮して、第１のホログラム素子２２の焦点距離が５．００ｍｍとなるようにした。

具体的には、ホログラム素子の位相関数Φが以下の式（２）で表せるようにした。
Φ（ｘ、ｙ）＝ｃ・（ｘ^２＋ｙ^２） （２）
ここで、ｃは係数（ｃ＝−８００）、ｘ、ｙはホログラム素子上のｘｙ座標であってホログラム素子と光軸とが交わる点を原点とする座標である。そして、ホログラム素子の焦点距離ｆと上記の位相関数Φの係数ｃとは、以下の式（３）に示す関係がある。
ｆ＝−π／（λ・ｃ） （３）
ここで、λは使用波長であるが、本実施例ではλの値を７８０ｎｍとした。

光学ガラス２３は、ＤＶＤ用の使用波長λ_ａおよびＣＤ用の使用波長λ_ｂの光に対して透明な平板の光学ガラスであり、第１のホログラム素子２２および第２のホログラム素子２４を一体化して保持する基板としての機能を持つ。このとき、第１のホログラム素子２２および第２のホログラム素子２４は、１枚の平板部材としての光学ガラス２３の対向する面に分けて設けられる。また、光学ガラス２３の厚さは、２枚の偏光ホログラム素子２２、２４の間隔を決める要素となる。本実施例では、光学ガラス２３として、無機材料からなり、厚さ１．９ｍｍの硝材ＢＫ７を用いた。

第２のホログラム素子２４は、第１のホログラム素子２２と同様に、複屈折性材料層と等方性材料層を積層してなる透過型の偏光ホログラム素子であり、表１に示す特性を有する材料を用いて作成し、上記の光学ガラス２３に複屈折性材料を接着させて積層し、等方性材料で段差部を充填し、充填した等方性材料を厚さ０.５ｍｍのカバーガラス（硝材ＢＫ７）で被うように積層して作成した。

次に、第２のホログラム素子２４の光学設計について説明する。第１のホログラム素子２２が変換して発散角を小さくした光束を、この光束が元の光源位置から出射したようにするために、第１のホログラム素子とは逆に光束を広げる必要があり、第２のホログラム素子２４には凹レンズの機能を持たせる必要がある。

そこで、上記の式（２）および式（３）を用いて、第２のホログラム素子の焦点距離ｆ_２が−６．０８となるよう、位相関数Φ（ｘ、ｙ）の係数ｃを＋６６２とした。なお、係数ｃの計算において、光学ガラス２３の厚さおよび屈折率と、第１のホログラム素子に施したカバーガラスの厚さおよび屈折率とは考慮したが、波長板および接着剤等の厚さは薄いため無視して算出した。

第２の波長板２５は、第１の波長板と同じ特性のものとし、第２のホログラム素子のカバーガラスに接着剤を用いて積層した。第２の波長板２５によって、使用波長λ_ａと使用波長λ_ｂのそれぞれの光束の偏光方向が、一旦、直交していたのを、再び同一方向に変換した。

光源が発する光束の発散角の半角をθ_１とし、発散角変換後の発散角の半角をθ_２としたとき、上記の変換光学素子２を用いることによって、以下の関係が得られる発散角まで、発散角変換後の発散角の半角θ_２を小さくできた。
ｓｉｎ（θ_２）／ｓｉｎ（θ_１）＝０．８０
なお、本実施例では、ホログラム素子２２、２４の前後に波長板２１、２５を設け、ＤＶＤ用の光束の偏光方向とＣＤ用の光束の偏光方向とを直交させて、一方の光束（ここでは、ＣＤ用の光束）のみに発散角の変換を行う構成の変換光学素子としたが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、ホログラム素子２２、２４を発散角の変換に用いる構成の全ての変換光学素子に適用されるものである。

具体的には、波長板２１、２５を設けることなく、ＤＶＤ用の光束の偏光方向とＣＤ用の光束の偏光方向とが同一の方向でホログラム素子２２、２４に入射するようにし、両方の光束に対して発散角の変換を行うのでもよい。この場合、波長の長い方がホログラムによる回折が大きいため、発散角の変換も大きくできる。また、ホログラム素子を偏光ホログラム素子に限定する必要もなく、発散角を変えることができるものであれば他のホログラム素子であってもよい。

また、本実施例で説明したものと同様の位相関数のホログラムを、平行平面を有する石英板の表面および裏面にエッチングしてホログラム素子を作製し、両方の使用波長に対して回折効率が最適となるようにするのでもよい。このようにして作製したホログラム素子について得られた、発散角の変換前後の半角の比は、ＤＶＤ用の光束（波長６５０ｎｍ）に対して０．８６、ＣＤ用の光束（波長７８０ｎｍ）に対して０．８０であった。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る光ピックアップ装置は、変換光学素子が、ホログラム素子等を用いて発散角を変換するようになっているため、複数の発信波長の光源を用いる場合において、従来の２レーザ方式の光ピックアップ装置よりも小型化が可能で、活性層の膜厚を別個に制御する必要のない従来の光源を用いて、少なくとも１つ以上の光の利用効率を向上できる。

また、変換光学素子が２つのホログラム素子によって構成されるため、変換光学素子を簡易に作製できる。

また、レンズ機能を有するホログラム素子を用いるため、簡易かつ小型化ができる。

また、第１のホログラム素子が第１の条件（ｆ_１＞ａ）を満たし、第２のホログラム素子が第２の条件（Φ_ｆ１ａｂ-Δ ≦ 1/ｆ_２ ≦ Φ_ｆ１ａｂ+Δ、ただし、Φ_ｆ１ａｂ＝−１／｛１／（１／ｆ_１−１／ａ）−ｂ｝−１／（ａ＋ｂ）、Δ＝０．１／（ａ＋ｂ））を満たすようにしたため、さらに発散角の変換を適切に行うことができる。

また、光源と第１のホログラム素子との間にさらに平板を配置できるようにしたため、他の機能を有する光学素子と変換光学素子とを一体化できる。

また、光源と第２のホログラム素子との間にさらに平板を配置できるようにしたため、他の機能を有する光学素子と変換光学素子とを一体化できる。

また、１枚の平板部材に第１のホログラム素子と第２のホログラム素子とが対向するように積層されるため、第１のホログラム素子と第２のホログラム素子とを一体化できる。

また、複屈折性材料層と等方性材料層とを積層して第１のホログラム素子と第２のホログラム素子とを形成するため、従来技術を用いて制御性よく第１のホログラム素子と第２のホログラム素子とを作製できる。

また、中心波長が６５０ｎｍの光束に対して（５／２）波長板として作用し、中心波長が７８０ｎｍの光束に対して２波長板として作用するため、中心波長が７８０ｎｍの光束の位相を実質上変化させず、中心波長が６５０ｎｍの光束の位相だけを変化させることができる。

また、平板部材として無機材料を用いるため、機械的に堅固なホログラム素子を作製できる。

本発明に係る光ピックアップ装置は、複数の発信波長の光源を用いる場合において、従来の２レーザ方式の光ピックアップ装置よりも小型化が可能で、活性層の膜厚を別個に制御する必要のない従来の光源を用いて、少なくとも１つ以上の光の利用効率を向上できる光ピックアップ装置等として有用である。

本発明の実施の形態に係る光ピックアップ装置の一構成例を概念的に示した図。 本発明に係る光ピックアップ装置を構成する変換光学素子２の概念的な構成を示す断面図。

符号の説明

１ 光源
１ａ、１ｂ 発光点
２ 変換光学素子
３ ビームスプリッタ
４ コリメータレンズ
５ 絞り
６ 対物レンズ
７、８ 光ディスク
９ 光検出器
２１、２５ 波長板
２２、２４ ホログラム素子
２３ 光学ガラス
１００ 光ピックアップ装置

Claims (10)

1. 波長が相互に異なる複数のレーザ光を近接した位置から出射することができ、複数の前記レーザ光のうちの１つ以上が進行方向に向かって所定の発散角で発散する光束である光源と、
   発散する前記光束のうちの少なくとも１つの光束に対して、前記発散角を変換する変換光学素子と、
   前記光源が出射し、前記変換光学素子を透過したレーザ光を所定の光記録媒体へ集光する対物レンズと、
   前記対物レンズによって集光され、前記光記録媒体によって反射されたレーザ光を検出する光検出器とを備え、
   前記変換光学素子が、前記対物レンズに最も近いホログラム素子を除く第１のホログラム素子と、前記第１のホログラム素子よりも前記対物レンズに近い第２のホログラム素子とを含む複数のホログラム素子を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記変換光学素子は、前記対物レンズに最も近いホログラム素子を除く第１のホログラム素子と、前記第１のホログラム素子よりも前記対物レンズに近い第２のホログラム素子との２つの前記ホログラム素子を有する請求項１に記載の光ピックアップ装置。
3. 前記第１のホログラム素子は、凸レンズの機能を有し、前記第２のホログラム素子は、凹レンズの機能を有する請求項１または２に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記第１のホログラム素子の焦点距離をｆ_１とし、前記第２のホログラム素子の焦点距離をｆ_２とし、前記光源から前記第１のホログラム素子までの距離をａとし、前記第１のホログラム素子から前記第２のホログラム素子までの距離をｂとしたとき、前記第１のホログラム素子の焦点距離ｆ_１が以下の第１の条件を満たし、
   （第１の条件） ｆ_１＞ａ
   前記第２のホログラム素子の焦点距離ｆ_２が、Φ_ｆ１ａｂ＝−１／｛１／（１／ｆ_１−１／ａ）−ｂ｝−１／（ａ＋ｂ）とし、Δ＝０．１／（ａ＋ｂ）としたとき、以下の第２の条件を
   （第２の条件） Φ_ｆ１ａｂ-Δ ≦ 1/ｆ_２ ≦ Φ_ｆ１ａｂ+Δ
   満たすように構成された請求項１から３までのいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
5. 前記変換光学素子は、前記光源と前記第１のホログラム素子との間に、前記光源が出射したレーザ光を通すＮ枚の平板を有し、
   Ｎ枚の前記平板に、前記光源側から前記対物レンズ側に向かって増えていく番号ｉ（ｉ＝１、２、・・・，Ｎ）を付して第１の平板から第Ｎの平板とし、
   前記第１の平板から前記光源までの距離をｓ_１とし、前記第ｉ（ｉ＝２、・・・，Ｎ）の平板から前記第（ｉ−１）（ｉ＝２、・・・，Ｎ）の平板までの距離をｓ_ｉ（ｉ＝２、・・・、Ｎ）とし、前記第Ｎの平板から前記第１のホログラム素子までの距離をｓ_Ｎ＋１とし、各前記平板の厚さをｄ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｎ）とし、各前記平板の屈折率をｎ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｎ）としたとき、
   前記光源から前記第１のホログラム素子までの距離に代えて、距離ｓ_ｉ（ｉ＝１、・・・、Ｎ、Ｎ＋１）の総和と、ｄ_ｉ/ｎ_ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）の総和とを加算したものを前記ａとする請求項４に記載の光ピックアップ装置。
6. 前記変換光学素子は、前記第１のホログラム素子と前記第２のホログラム素子との間に、前記第１のホログラム素子を通過したレーザ光を通すＭ枚の平板を有し、
   Ｍ枚の前記平板に、前記第１のホログラム素子側から前記第２のホログラム素子側に向かって増えていく番号ｊ（ｊ＝１、２、・・・，Ｍ）を付して第１の平板から第Ｍの平板とし、
   前記第１のホログラム素子から前記第１の平板までの距離をｔ_１とし、前記第ｊ（ｊ＝２、・・・，Ｍ）の平板から前記第（ｊ−１）（ｊ＝２、・・・，Ｍ）の平板までの距離をｔ_ｊ（ｊ＝２、・・・、Ｍ）とし、前記第Ｍの平板から前記第２のホログラム素子までの距離をｔ_Ｍ＋１とし、各前記平板の厚さをｅ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｍ）とし、各前記平板の屈折率をｍ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｍ）としたとき、
   前記第１のホログラム素子から前記第２のホログラム素子までの距離に代えて、距離ｔ_ｊ（ｊ＝１、・・・、Ｍ、Ｍ＋１）の総和と、ｅ_ｊ/ｍ_ｊ（ｊ＝１、２、・・・、Ｍ）の総和とを加算したものを前記ｂとする請求項４または５に記載の光ピックアップ装置。
7. 前記第１のホログラム素子は１枚の平板部材の第１の面に積層され、前記第２のホログラム素子は前記平板部材の前記第１の面に対向する第２の面に積層されている請求項２から６までのいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
8. 前記変換光学素子は、前記第１のホログラム素子および前記第２のホログラム素子が、それぞれ、複屈折性材料からなる複屈折性材料層と等方性材料からなる等方性材料層とを積層してなる透過型の偏光ホログラム素子である請求項２から７までのいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
9. 前記変換光学素子は、前記第１のホログラム素子の前記光源側の面上または前記光源と前記第１のホログラム素子との間の所定の位置と、前記第２のホログラム素子の前記対物レンズ側の面上または前記第２のホログラム素子と前記対物レンズとの間の所定の位置に、中心波長が６５０ｎｍの光束に対して（５／２）波長板として作用すると共に、中心波長が７８０ｎｍの光束に対して２波長板として作用する波長板が積層されている請求項２から８までのいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
10. 前記第１のホログラム素子は１枚の平板部材の第１の面に設けられ、前記第２のホログラム素子は前記平板部材の前記第１の面に対向する第２の面に設けられ、前記平板部材は無機材料からなる請求項２から６までのいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。

Images