JP2006048830A - 集光装置、光ピックアップ並びに記録及び／又は再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 往路、復路における光学倍率の違いが大きな光学系において、光ビームの倍率変換を行う素子に樹脂製材料を用いても、温度変化による焦点位置ズレを防止する。
【解決手段】 第１の波長の光ビームを出射する第１の光源３１と、第２の波長の光ビームを出射する第２の光源３２と、第１及び第２の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズ３３と、第１の光源３１から出射された光ビームの光路と第２の光源３２から出射された光ビームの光路とを合成する光路合成手段３５と、第１及び第２の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第１の光学素子３８と、第１の光源３１から出射された光ビームの発散角を変換する第２の光学素子３９とを備え、第１及び第２の光学素子３８，３９は、樹脂材料により形成され、正の屈折力を有し、第２の光学素子３９は、樹脂材料により形成され、正の回折パワーを有する輪帯回折面が設けられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光ディスク等の情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う光ピックアップに用いられる集光装置、光ピックアップ並びに記録及び／又は再生装置に関する。

異なるフォーマットとされた光ディスク、例えば、ＣＤ(Compact Disc)やＤＶＤ(Digital Versatile Disc)といった光ディスクを記録及び再生するために、それぞれのフォーマットに対応する波長の光ビームを出射することができる光源を有する光ピックアップがある。

このような、異なるフォーマットとされた光ディスクの記録再生を行う（ＣＤ，ＤＶＤの記録再生する）光ピックアップにおいて、信号検出及び信号記録に必要とされる光量、信号品質向上に即したスポット径やサーボ信号品質等の制約により、光ディスクのフォーマットに応じて、光学系の往路における最適な倍率、復路における最適な倍率がある。

例えば、ＤＶＤの記録性能を向上させるための最適な往路倍率は５〜７倍とされる。また、ＣＤの記録性能を向上させるためには、ＣＤはＤＶＤに比べて記録パワーを多く必要とするので、最適な往路倍率は３．５〜４．５倍とされる。

一方、復路においては、共通の受光素子で検出するので、ディスク上の集光点と、受光素子上の集光点との復路の倍率は、ＤＶＤとＣＤとで略一致する。このとき、復路の倍率は、フォーカスサーボの電圧変動マージンを広く確保するため、通常７〜１０倍程度とされる。

上述の光ピックアップにおいて、ＤＶＤの光源から受光素子上の集光点までの往復倍率（復路の倍率／往路の倍率）は、１〜２倍となる。そして、ＣＤの光源から受光素子上の集光点までの往復倍率は、１．７〜２．８倍となり、ＤＶＤに比べて約１．５倍程度の往復倍率が必要となる。

この往復倍率を実現するために、この光ピックアップのＣＤに対して記録再生を行う光学系のように往復倍率の大きな光学系においては、正の屈折力を有する倍率を変換する光学素子が複数必要となる。

一方で、光ピックアップを構成する倍率を変換する光学素子は、その製作の簡易化、コスト面での優位性を考慮して、樹脂製のレンズを用いることが望ましい。

しかし、このような往復倍率を有する光ピックアップにおいて、ＣＤに対して記録再生を行う光学系のように往復倍率の大きな光学系においては、正の屈折力を有する倍率を変換する光学素子を樹脂製のレンズとしたとき、温度変化による屈折率変化が大きく、焦点位置ズレを起こすおそれがある。

すなわち、例えば、環境温度が上昇したとき、倍率を変換する光学素子の屈折力は低下し、焦点距離は長くなる。上述の光ピックアップは、この焦点距離の変化により、焦点位置ズレを起こしてしまう。

これを防止するために、倍率を変換する光学素子にガラス製のレンズをしようすることで、焦点位置ズレに対応するようにしていたが、製作上の効率面及びコスト面においても不利な要因となっていた。

特開２０００−２５１３１２号公報

本発明の目的は、往路、復路における光学倍率の違いが大きな光学系において、光ビームの倍率変換を行う素子に樹脂製材料を用いても、環境温度変化による焦点位置ズレを防止することができ、環境温度変化によらず良好な光ビームの集光を可能とする集光装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、往路、復路における光学倍率の違いが大きな光学系において、光ビームの倍率変換を行う素子に樹脂製材料を用いても、温度変化による焦点位置ズレを防止することができ、環境温度変化により信頼性を損なうことなく良好な記録再生を可能とする光ピックアップを提供することにある。

さらに、本発明の目的は、光学系における往路及び復路における光学倍率の違いが大きい系においても、環境温度変化により、信頼性を損なうことなく、良好な記録及び再生を可能とする記録及び／又は再生装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明に係る集光装置は、異なるフォーマットとされた複数の光ディスクに対して、少なくとも第１の光源及び第２の光源から出射された異なる波長の光ビームを集光する集光装置において、第１及び第２の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第１の光学素子と、第１の光学素子により発散角を変換された光ビームを光ディスクの信号記録面に集光する対物レンズと、第１の光源と第１の光学素子との間に設けられ、第１の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第２の光学素子とを備え、第１及び第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の屈折力を有し、第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の回折パワーを有する輪帯回折面が設けられることを特徴とする。

また、この目的を達成するため、本発明に係る光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、第１及び第２の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、第１の光源から出射された光ビームの光路と第２の光源から出射された光ビームの光路とを合成する光路合成手段と、光路合成手段と対物レンズとの間に配置され、第１及び第２の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第１の光学素子と、第１の光源と光路合成手段との間に配置され、第１の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第２の光学素子と、光ディスクからの戻りの光ビームを受光する光検出部とを備え、第１及び第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の屈折力を有し、第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の回折パワーを有する輪帯回折面が設けられることを特徴とする。

さらに、この目的を達成するため、本発明に係る記録及び／又は再生装置は、光ディスクに対して情報を記録及び／又は再生する光ピックアップと、光ディスクを回転するディスク回転駆動手段とを備える記録及び／又は再生装置において、光ピックアップは、 第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、第１及び第２の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、第１の光源から出射された光ビームの光路と第２の光源から出射された光ビームの光路とを合成する光路合成手段と、光路合成手段と対物レンズとの間に配置され、第１及び第２の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第１の光学素子と、第１の光源と光路合成手段との間に配置され、第１の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第２の光学素子と、光ディスクからの戻りの光ビームを受光する光検出部とを備え、第１及び第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の屈折力を有し、第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の回折パワーを有する輪帯回折面が設けられることを特徴とする。

本発明の集光装置は、異なるフォーマットとされた複数の光ディスクに対して、第１の光源及び第２の光源から出射された光ビームを集光する際に、第１の光源から出射された光ビームが、第１の光学素子及び第２の光学素子により、発散角を変換され、第２の光源から出射された光ビームが、第１の光学素子により、発散角を変換されるので、光ディスクのフォーマットに適した往路倍率及び復路倍率でそれぞれの光ビームを光ディスクの信号記録面に集光することができるとともに、第１の光ビームが、樹脂材料によりなり、正の屈折力を有する第１の光学素子と、樹脂材料によりなり正の回折パワーを有する輪帯回折面を備え、正の屈折力を有する第２の光学素子とを通過するので、環境温度変化による屈折力及び焦点距離の変化を相殺でき、環境温度変化による焦点位置ズレを防止することができる。よって、本発明の集光装置は、往復倍率の大きな光学系に用いた場合においても、環境温度変化による焦点位置ズレを防止するので、環境温度が変化しても常に良好で最適な光ビームの集光を可能とする。

また、本発明の光ピックアップは、第１の光源から出射された光ビームが、第１の光学素子及び第２の光学素子により、発散角を変換され、第２の光源から出射された光ビームが、第１の光学素子により、発散角を変換されるので、光学系の往路倍率及び復路倍率を光ディスクのフォーマットに適したものとすることができ、第１の光ビームが、樹脂材料によりなり、正の屈折力を有する第１の光学素子と、樹脂材料によりなり正の回折パワーを有する輪帯回折面を備え、正の屈折力を有する第２の光学素子とを通過するので、環境温度変化による屈折力及び焦点距離の変化を相殺でき、環境温度変化による焦点位置ズレを防止することができる。よって、本発明の光ピックアップは、往復倍率の大きな光学系において、環境温度変化による焦点位置ズレを防止するので、環境温度変化により信頼性を損なうことなく、常に良好で最適な記録及び再生を可能とするとともに、倍率変換を行う素子に樹脂材料を用いることで製作の簡易化、低コスト化及び量産化を可能とする。

本発明の記録及び／又は再生装置は、光ディスクのフォーマットに適した往路倍率及び復路倍率の光学系を実現することができ、環境温度変化による光ビームの焦点位置ズレを防止するので、環境温度変化により信頼性を損なうことなく、常に良好で最適な記録及び再生を可能とするとともに、樹脂材料を用いることで製作の簡易化、低コスト化及び量産化を可能とする。

以下、本発明を適用した記録再生装置について、図面を参照して説明する。

この記録再生装置１０は、フォーマットの異なる２種類の光ディスク１１に対して情報信号の記録及び／又は再生を行うことができる記録再生装置である。この記載再生装置１０で記録及び／又は再生を行う光ディスク１１として、例えば波長６５５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用する第１のディスク３としてＣＤ(Compact Disc)と、波長７８５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用する第２のディスク４としてＤＶＤ(Digital Versatile Disc)とが用いられる。

具体的に、この記録再生装置１０は、図１に示すように、光ディスク１１を回転するスピンドルモータ１２と、スピンドルモータ１２を制御するモータ制御回路１３と、スピンドルモータ１２により回転される光ディスク１１に光ビームを照射し光ディスク１１で反射した戻りの光ビームを検出する光ピックアップ１と、光ピックアップ１から出力された電気信号を増幅するＲＦアンプ１５と、対物レンズのフォーカシングサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成するサーボ回路１６と、サブコードデータを抽出するサブコード抽出回路１７とを備える。

また、この記録再生装置１０は、記録系として、パーソナルコンピュータ等のホスト機器に接続され、記録すべきデータが入力される入力端子１８と、入力端子１８に入力された記録データに対してエラー訂正符号化処理を施すエラー訂正符号化回路１９と、エラー訂正符号化処理が施されたデータを変調する変調回路２０と、変調された記録データに対して記録処理を施す記録処理回路２１とを備える。

更に、記録再生装置１０は、再生系として、光ディスク１１より読み出した再生データに対して復調する復調回路２２と、復調された再生データに対してエラー訂正復号処理を施すエラー訂正復号化回路２３と、エラー訂正復号処理されたデータを出力する出力端子２４とを備える。更に、記録再生装置１０は、装置に対して操作信号を入力する操作部２５と、各種制御データ等を格納するメモリ２６と、全体の動作を制御する制御回路２７とを備える。

スピンドルモータ１２は、スピンドルに光ディスク１１が装着されるディスクテーブルが設けられており、ディスクテーブルに装着されている光ディスク１１を回転する。モータ制御回路１３は、光ディスクをＣＬＶ（Constant Linear Velocity）で回転することができるようにスピンドルモータ１２を駆動制御する。具体的に、モータ制御回路１３は、水晶発振器からの基準クロックとＰＬＬ回路からのクロックとに基づいて光ディスク１１の回転速度が線速一定となるようにスピンドルモータ１２を駆動制御する。なお、光ディスク１１は、ＣＡＶ（Cnstant Angular Velocity）やＣＬＶとＣＡＶとを組み合わせた制御で回転するようにしてもよい。

光ピックアップ１は、装着された光ディスク１１の種類に応じた波長を出射する、例えば２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信号記録面に対して上述した異なる波長の光ビームを出射する半導体レーザ等の光源と、この光源より出射された光ビームを集束する光ディスク１１の種類に対応した開口数の対物レンズ、光ディスク１１で反射された戻りの光ビームを検出する光検出器等を備える。光ピックアップ１は、光ディスク１１に記録されているデータを読み出すとき、半導体レーザの出力を標準レベルに設定し、半導体レーザよりレーザ光である光ビームを出射する。また、光ピックアップ１は、記録データを光ディスク１１に記録するとき、半導体レーザの出力を、再生時の標準レベルより高い記録レベルにして、半導体レーザよりレーザ光である光ビームを出射する。光ピックアップ１は、記録再生時、光ディスク１１に光ビームを照射し、信号記録面で反射した戻りの光ビームを光検出器で検出し、光電変換する。また、対物レンズは、２軸アクチュエータ等の対物レンズ駆動機構に保持され、フォーカシングサーボ信号に基づいて対物レンズの光軸と平行なフォーカシング方向に駆動変位され、また、トラッキングサーボ信号に基づいて対物レンズの光軸に直交するトラッキング方向に駆動変位される。なお、半導体レーザ、対物レンズ及び光検出器等の光学系の構成については後に詳述する。

ＲＦアンプ１５は、光ピックアップ１を構成する光検出器からの電気信号に基づいて、ＲＦ信号、フォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号を生成する。例えばフォーカシングエラー信号は、非点収差法により生成され、トラッキングエラー信号は、３ビーム法やプッシュプル法により生成される。そして、ＲＦアンプ１５は、再生時、ＲＦ信号を復調回路２２に出力し、フォーカシングエラー信号及びトラッキングエラー信号をサーボ回路１６に出力する。

サーボ回路１６は、光ディスク１１を再生する際のサーボ信号を生成する。具体的に、サーボ回路１６は、ＲＦアンプ１５から入力されたフォーカシングエラー信号に基づき、このフォーカシングエラー信号が０となるように、フォーカシングサーボ信号を生成し、また、ＲＦアンプ１５から入力されたトラッキングエラー信号に基づき、このトラッキングエラー信号が０となるように、トラッキングサーボ信号を生成する。そして、サーボ回路１６は、フォーカシングサーボ信号及びトラッキングサーボ信号を光ピックアップ１を構成する対物レンズ駆動機構の駆動回路に出力する。この駆動回路は、フォーカシングサーボ信号に基づき２軸アクチュエータを駆動し、対物レンズを対物レンズの光軸と平行なフォーカシング方向に駆動変位させ、トラッキングサーボ信号に基づき２軸アクチュエータを駆動し、対物レンズの光軸に直交するトラッキング方向に対物レンズを駆動変位させる。

サブコード抽出回路１７は、ＲＦアンプ１５より出力されたＲＦ信号よりサブコードデータを抽出し、抽出したサブコードデータを制御回路２７に出力し、制御回路２７がアドレスデータ等を特定できるようにする。

入力端子１８は、パーソナルコンピュータ等のホスト機器のＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）、ＡＴＡＰＩ（Advanced Techonology Attachment Packet Interface）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）１３９４等のインタフェースに電気的に接続され、ホスト機器よりオーディオデータ、映画データ、コンピュータプログラム、コンピュータで処理された処理データ等の記録データが入力され、入力された記録データをエラー訂正符号化回路１９に出力する。

エラー訂正符号化回路１９は、例えば、クロスインターリーブ・リード・ソロモン符号化（Cross Interleave Reed-solomon Code；ＣＩＲＣ）、リードソロモン積符号化等のエラー訂正符号化処理を行い、エラー訂正符号化処理した記録データを変調回路２０に出力する。変調回路２０は、８−１４変調、８−１６変調等の変換テーブルを有しており、入力された８ビットの記録データを１４ビット又は１６ビットに変換して、記録処理回路２１に出力する。記録処理回路２１は、変調回路２０から入力された記録データに対してＮＲＺ（Non Return to Zoro）、ＮＲＺＩ（Non Return to Zoro Inverted）等の処理や記録補償処理をを行い、光ピックアップ１に出力する。

復調回路２２は、変調回路２０と同様な変換テーブルを有しており、ＲＦアンプ１５から入力されたＲＦ信号を１４ビット又は１６ビットから８ビットに変換し、変換した８ビットの再生データをエラー訂正復号化回路２３に出力する。エラー訂正復号化回路２３は、復調回路２２から入力されたデータに対してエラー訂正復号処理を行い、出力端子２４に出力する。出力端子２４は、上述したホスト機器のインタフェースに電気的に接続されている。出力端子２４より出力された再生データは、ホスト機器に接続されたモニタに表示され、また、スピーカで再生音に変換されて出力される。

操作部２５は、記録再生装置１０を操作するための各種操作信号を生成し、生成した各種操作信号を制御回路２７に出力する。具体的に、この操作部２５は、記録再生装置１０に設けられたイジェクト釦２５ａの他、ディスクテーブルに装着された光ディスク１１に対して記録データの記録を開始する記録釦２５ｂや光ディスク１１に記録されているデータの再生を開始する再生釦２５ｃや記録再生動作を停止する停止釦２５ｄを備える。記録釦２５ｂ、再生釦２５ｃ、停止釦２５ｄ等は、必ずしも記録再生装置１０にイジェクト釦２５ａと共に設けられている必要は無く、例えばホスト機器のキーボード、マウス等を操作することにより、ホスト機器よりインタフェースを介して記録開始信号、再生開始信号、停止信号等を制御回路２７に入力するようにしてもよい。

メモリ２６は、例えばＥＰ−ＲＯＭ（Erasable Programmable Read-Only Memory）等のメモリであり、制御回路２７が行う各種制御データやプログラムが格納されている。具体的に、このメモリ２６には、光ピックアップ１をディスクテーブルに装着された光ディスク１１の径方向に送り操作する際の駆動源となるスレッドモータ２８の光ディスク１１の種類に応じた各種制御データが格納されている。

制御回路２７は、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ等で構成されており操作部２５からの操作信号に応じて装置全体の動作を制御する。また、制御回路２７は、光ディスク１１の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から異なるフォーマットを検出して光ディスク１１の種類を判別し、検出された光ディスク１１の種類に応じて光ピックアップ１の半導体レーザの光源及び出力パワーを切り換える。

次に、本発明が適用された上述した光ピックアップ１について説明する。

本発明を適用した光ピックアップ１は、図２に示すように、第１の波長の第１の光ビームを出射する半導体レーザ等の第１の光源部３１と、第２の波長の第２の光ビームを出射する半導体レーザ等の第２の光源部３２と、この第１の光源部３１又は第２の光源部３２から出射された第１又は第２の光ビームを光ディスク１１の信号記録面に集光させる対物レンズ３３と、第１の光源部３１から出射された第１の光ビームの光路を変更して対物レンズ３３側に導く光路変更手段として第１のビームスプリッタ３４と、第２の光源部３２から出射された第２の光ビームの光路を変更して対物レンズ３３側に導くとともに、第２の光ビームの光路を第１のビームスプリッタ３４に光路変更された第１の光ビームの光路と合成させる光路合成手段として第２のビームスプリッタ３５と、光ディスク１１で反射された戻りのレーザ光を検出するフォトディテクタ等の光検出器３６とを備える。

また、光ピックアップ１は、第２のビームスプリッタ３５と対物レンズ３３との間に配置され、第１の光ビーム及び第２の光ビームの発散角を変換する第１の光学素子としてコリメータレンズ３８と、第１のビームスプリッタ３４と第１の光源部３１との間に配置され、第１の光ビームの発散角を変換する第２の光学素子としてカップリングレンズ３９とを備える。

さらに、光ピックアップ１は、第１のビームスプリッタ３４と光検出器３６との間に配置され、樹脂材料により負の屈折力を有するように形成され、光ディスクからの戻り光の発散角を変換するとともに、各収差を補正するマルチレンズ３７を有する。マルチレンズ３７は、光学系の倍率変換を行う光学素子である。

第１の光源部３１は、第１のディスク３に対して波長７８５ｎｍ程度の第１の波長の第１の光ビームを出射する。第２の光源部３２は、第２のディスク４に対して波長６５５ｎｍ程度の第２の波長の第２の光ビームを出射する。

対物レンズ３３は、２つの焦点を有する２波長用の対物レンズが用いられる。また、この対物レンズ３３は、図示しない２軸アクチュエータによって移動自在に支持されている。そして、この対物レンズ３３は、光検出器３６により受光された光ディスク１１からの戻りの光ビームにより生成されたトラッキングエラー信号及びフォーカシングエラー信号に基づいて、２軸アクチュエータにより移動操作されることにより、光ディスク１１に近接離間する方向及び光ディスクの径方向の２軸方向へ移動される。

そして、対物レンズ３３は、第１の光源３１又は第２の光源３２から出射される第１又は第２の光ビームが光ディスク１１の信号記録面で常に焦点が合うように、この光ビームを集束するとともに、この集束された光ビームを光ディスク１１の信号記録面上に形成された記録トラックに追従させる。

また、対物レンズ３３の入射側には、開口絞り４０が設けられている。この開口絞り４０は、通過する光ビームの開口数をＮＡ＝０．６５となるように開口制限を行う。さらに、対物レンズ３３の入射側の面には、開口制限を行うホログラム面３３ａが設けられている。このホログラム面３３ａは、波長により開口数が変化するように見える波長依存性を有するものであり、第１の波長に対してＮＡ＝０．５１であり、第２の波長に対しては、開口制限を行わない。

第１のビームスプリッタ３４は、第１の光源部３１から出射された第１の光ビームの光路を第２のビームスプリッタ３５側に向けて略９０°曲げて変更される。すなわち、第１のビームスプリッタ３４は、その分離面３４ａが第１の光源部３１から出射された第１の波長の第１の光ビームの往路光を反射させる。この分離面３４ａは、第１の波長の第１の光ビームの往路光を反射させるとともに、光ディスク１１で反射された第１の光ビーム及び第２の光ビームを透過させて、光検出器３６側に導くような波長依存性及び偏向依存性
を備えた膜特性を有して形成されている。

第２のビームスプリッタ３５は、第１のビームスプリッタ３４により光路を変更された第１の光ビームを透過するとともに、第２の光源部３２から出射された第２の光ビームの光路を略９０°曲げて変更して第１の光ビームの光路と一致するように合成させる。すなわち、第２のビームスプリッタ３５は、その分離面が３５ａが第２の光源部３２から出射された第２の波長の第２の光ビームの往路光を反射させる。この分離面３５ａは、第１の波長の第１の光ビームの往路光を透過させ、第２の波長の第２の光ビームの往路光を反射させるとともに、光ディスク１１で反射された第１の光ビーム及び第２の光ビームを透過させて、第１のビームスプリッタ３４側に導くような波長依存性及び偏向依存性を備えた膜特性を有して形成される。

また、第２のビームスプリッタ３５により光路を合成された第１の光ビーム及び第２の光ビームの光路上には、この第１の光ビーム及び第２の光ビームを対物レンズ３３側に反射させて光路を略９０°曲げる反射手段としてミラー４１が設けられている。すなわち、ミラー４１は、第２のビームスプリッタ３５と対物レンズ３３との間に設けられる。ミラー４１、コリメータレンズ３８、第２のビームスプリッタ３５、第１のビームスプリッタ３４、マルチレンズ３７及び光検出器３６は、略直線上に順に並んで配置されている。

コリメータレンズ３８は、樹脂材料からなり、正の屈折力を有するように形成されている。このコリメータレンズ３８は、第１の光源部３１から出射され、カップリングレンズ３９に発散角を変換され第１のビームスプリッタ３４で反射され第２のビームスプリッタ３５を透過した第１の光ビームの発散角を変換して略平行光とする。また、コリメータレンズ３８は、第２の光源部３２から出射され第２のビームスプリッタ３５で反射された第２の光ビームの発散角を変換して略平行光とする。このコリメータレンズ３８の屈折力は、第２の光ビームの第２のディスク４上でのスポットサイズが最適となるように、すなわち、第２の光ビームの往路側の光学系における光学倍率が最適となるように決定される。このように、コリメータレンズ３８は、光学系の倍率変換を行う光学素子である。

カップリングレンズ３９は、樹脂材料からなり、その少なくとも一方の面、例えば入射側の面に、正の回折パワーを有する輪帯回折面３９ａが設けられる。ここで、正の回折パワーを有する輪帯回折面３９ａは、第１の光ビームがこのカップリングレンズに入射される際に、その入射光束に対して正の回折パワーを有する、換言すると、その光束を集束する方向に発散角を変化させる作用を有する、光軸方向に対して輪帯状に形成された回折面である。ここで、輪帯状とは、光軸またはその近傍を中心に略同心円状の形状が連続して形成されたものである。

このカップリングレンズ３９は、その形状及び輪帯回折面３９ａにより、正の屈折力を有する。すなわち、図２に示すように、ここでは、カップリングレンズ３９の形状による屈折力φ_１１が正とされ、輪帯回折面３９ａによる屈折力φ_１２（回折パワー）も上述したように正とされる。よって、この屈折力φ_１１及び屈折力φ_１２を加えた次式（１）で表されるカップリングレンズ３９としての屈折力φ_１は、正とされる。
φ_１１＋φ_１２＝φ_１ ・・・（１）

このカップリングレンズ３９は、第１の光源３１から出射された第１の光ビームの発散角を、第１の光ビームがコリメータレンズ３８を通過したときに略平行光となるような発散角に変換する。このカップリングレンズ３９の屈折力は、第１の光ビームの第１のディスク３上でのパワーが最適となるように、すなわち、第１の光ビームの往路側の光学系における光学倍率が最適となるように決定される。このように、カップリングレンズ３９は、光学系の倍率変換を行う光学素子である。

ここで、第１及び第２の光ビームの往路側及び復路側の光学倍率について説明する。

上述したように、第１の光ビームの往路側の光学倍率は、各光学素子の間隔並びに対物レンズ３３、コリメータレンズ３８及びカップリングレンズ３９の屈折力により決定される。また、第１の光ビームの復路側の光学倍率は、各光学素子の間隔並びに対物レンズ３３、コリメータレンズ３８及びマルチレンズ３７の屈折力により決定される。

さらに、第２の光ビームの往路側の光学倍率は、上述したように、各光学素子の間隔並びに対物レンズ３３及びコリメータレンズ３８の屈折力により決定される。また、第２の光ビームの復路側の光学倍率は、各光学素子の間隔並びに対物レンズ３３、コリメータレンズ３８及びマルチレンズ３７の屈折力により決定される。

一方、往復路における光学倍率は、光ディスク１１の種類により、所定の範囲とされることが要求される。すなわち、往路側の光学倍率は、光ディスクに照射される光ビームの光量や光ビームのスポット径に影響を及ぼすため、光ディスクの種類及び光源部で出射される光ビームのパワーに応じて最適な値が決定される。また、復路側の光学倍率は、フォーカスサーボの引き込み範囲に影響を及ぼし、フォーカスサーボの電圧変動マージンを広く取るため、最適な値が決定される。ここでは、第１のディスク３としてＣＤ、第２のディスク４としてＤＶＤを用いたので、各光学倍率における最適の範囲は、以下の表１に示すとおりである。この光ピックアップ１では、各光学素子の間隔及び屈折力を上述のように、調整することで表１に示す最適な倍率となるように設定されている。

次に、環境温度が変化したときの屈折力及び焦点距離の変化について説明する。

コリメータレンズ３８及びマルチレンズ３７は、一般的な樹脂材料よりなるので、環境温度の変化によるその屈折力の変化は、図３に示すとおりである。図３（ａ），（ｂ）において、縦軸のｎは、屈折力を表す。また、図３（ａ）において、横軸Ｔは、環境温度［℃］を表し、実線（λ_１），（λ_２），（λ_３）は、それぞれの波長λ_１、λ_２、λ_３の光ビームに対する環境温度が変化したときの屈折率の変化を示すものである。但し、λ_１＜λ_２＜λ_３とする。また、図３（ｂ）において、横軸Ｔは、光ビームの波長［ｎｍ］を表し、実線（Ｔ_１），（Ｔ_２），（Ｔ_３）は、それぞれの環境温度Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３のときの、光ビームの波長が変化したときの屈折率の変化を示すものである。但し、Ｔ_１＜Ｔ_２＜Ｔ_３とする。正の屈折力を有するコリメータレンズ３８は、温度が上昇するにつれて屈折率が低下して、屈折力が小さくなるために焦点距離が長くなる。

カップリングレンズ３９に形成された輪帯回折面３９ａ等の回折光学素子は、その波長分散が、樹脂材料又は硝材等の波長分散と逆極性とされる。輪帯回折面３９ａは、環境温度変化による光源の波長変動を利用することで、温度上昇に伴う焦点距離変化を樹脂材料又は硝材と逆極性とすることができる。すなわち、光源部から出射されるレーザ光の波長は、環境温度が上昇すると長くなる。輪帯回折面３９ａ等の回折光学素子において、通過するレーザ光の波長が長くなるとその回折角が大きくなり、屈折力が大きくなる。一方、一般的に、波長が長くなると、屈折率が小さくなり、屈折力が小さくなる。したがって、正の屈折力を有する回折面を備える正の屈折力を有するレンズでは、温度上昇に伴う焦点距離の変化が小さくなる。

したがって、本発明が適用された光ピックアップ１によれば、第１の光ビームが、樹脂材料によりなり、正の屈折力を有するコリメータレンズ３８と、樹脂材料によりなり、正の回折パワーを有する輪帯回折面３９ａを有するカップリングレンズ３９とを通過するので、環境温度が変化した場合、カップリングレンズ３９及びコリメータレンズ３８の屈折力及び焦点距離の変化を相殺でき、環境温度変化による信号記録面及び受光部での焦点位置ズレを防止することができる。例えば、環境温度が上昇した場合、輪帯回折面３９ａを有するカップリングレンズ３９による焦点距離は短くなる方向に変化し、コリメータレンズ３８による焦点距離は長くなる方向に変化するので、それぞれの変化を相殺することで環境温度変化による焦点距離変化を防止できる。

次に、上述のように構成された光ピックアップ１における、第１の光源３１及び第２の光源３２から出射された光ビームの光路について説明する。

まず、第１の光源３１から出射された第１の光ビームの往路側の光路について説明する。図２に示すように、第１の光源３１から出射された第１の光ビームは、カップリングレンズ３９によりその発散角を変換されて、第１のビームスプリッタ３４の分離面３４ａで反射されて光路を略９０°変更される。このとき、分離面３４ａを透過した光は、後の工程には影響を及ぼさない。

第１のビームスプリッタ３４で反射された第１の光ビームは、第２のビームスプリッタ３５を透過されて、コリメータレンズ３８により発散角を変換されて略平行光とされ、ミラー４１で反射され光路を略９０°曲げられて、ホログラム面３３ａで開口数を０．５１程度とされて、対物レンズ３３で第１のディスク３の信号記録面３ａ上に集光される。

次に、第２の光源３２から出射された第２の光ビームの往路側の光路について説明する。図２に示すように、第２の光源３２から出射された第２の光ビームは、第２のビームスプリッタ３５の分離面３５ａで反射されて光路を略９０°変更される。このとき、分離面３５ａを透過した光は、後の工程には影響を及ぼさない。

第２のビームスプリッタ３５ａで反射された第２の光ビームは、コリメータレンズ３８により発散角を変換されて略平行光とされ、ミラー４１で反射されて、開口絞り４０で開口数を０．６５程度とされて、対物レンズ３３で第２のディスク４の信号記録面４ａ上に集光される。

次に、第１又は第２のディスク３，４の信号記録面３ａ，４ａで反射された、第１及び第２の光ビームの復路側の光路について説明する。図２に示すように、第１又は第２のディスク３，４に集光された第１又は第２の光ビームは、第１又は第２のディスク３，４で反射され、対物レンズ３３、ミラー４１、コリメータレンズ３８を通って、再び、第２のビームスプリッタ３５に入射する。第２のビームスプリッタ３５に入射した第１又は第２の光ビームは、分離面３５ａを透過され、さらに、第１のビームスプリッタ３４の分離面３４ａも透過してマルチレンズ３７側に出射される。このとき、分離面３４ａ，３５ａで反射した光は、後の工程には影響を及ぼさない。

第１のビームスプリッタ３４を透過した第１又は第２の光ビームは、マルチレンズ３７により発散角を変換されるとともに、各収差を補正されて、光検出器３６の受光面に集束される。

本発明を適用した光ピックアップ１は、第１の光源３１から出射された光ビームが、コリメータレンズ３８及びカップリングレンズ３７により、発散角を変換され、第２の光源３２から出射された光ビームが、コリメータレンズ３８により、発散角を変換されるので、光学系の往路倍率及び復路倍率を光ディスクのフォーマットに適したものとすることができる。すなわち、光ピックアップ１では、複数種類の光ディスクの信号記録面にそれぞれの光ディスクに対応した光ビームを適切に集光することができるとともに、光ディスクのフォーマットに適した光学倍率とすることができるので、最適な光量で光ビームを集光することができる。

また、光ピックアップ１は、第１の光ビームが、樹脂材料によりなり、正の屈折力を有するコリメータレンズ３８と、樹脂材料によりなり、正の回折パワーを有する輪帯回折面３９ａを備え、正の屈折力を有するカップリングレンズ３９とを通過するので、環境温度変化による屈折力及び焦点距離の変化を相殺でき、環境温度変化による焦点位置ズレを防止することができる。

よって、本発明を適用した光ピックアップ１は、往復倍率の大きな光学系において、環境温度変化による焦点位置ズレを防止するので、環境温度変化によらず、常に良好で最適な記録及び再生を可能とするとともに、樹脂材料を用いることで製作の簡易化、低コスト化及び量産化を実現する。

また、光ピックアップ１のコリメータレンズ３８、対物レンズ３３及びカップリングレンズ３９は、異なるフォーマットとされた複数の光ディスクに対して第１の光源又は第２の光源から出射された異なる波長の光ビームを所定の位置に集光させる集光装置を構成することができる。この集光装置は、第１の光源から出射された光ビームが、コリメータレンズ３８及びカップリングレンズ３９により、発散角を変換され、第２の光源から出射された光ビームが、コリメータレンズ３８により、発散角を変換されるので、光ディスクのフォーマットに適した往路倍率及び復路倍率でそれぞれの光ビームを光ディスクの信号記録面に集光することができる。また、この集光装置は、第１の光ビームが、樹脂材料によりなり、正の屈折力を有するコリメータレンズ３８と、樹脂材料によりなり、正の回折パワーを有する輪帯回折面３９ａを備え、正の屈折力を有するカップリングレンズ３９とを通過するので、環境温度変化による屈折力及び焦点距離の変化を相殺でき、環境温度変化による焦点位置ズレを防止することができる。よって、本発明を適用した集光装置は、往復倍率の大きな光学系に用いた場合においても、環境温度変化による焦点位置ズレを防止するので、環境温度変化によらず、常に良好で最適な光ビームの集光を可能とする。

以上に説明した光ピックアップ１は、第１及び第２の光ビームの発散角を変換するコリメータレンズ３８と、第１の光ビームの発散角を変換するカップリングレンズ３９により、第１の光ビーム及び第２の光ビームの往路及び復路の倍率を調整可能とするものであるが、さらに、第２の光源３２と第２のビームスプリッタ３５との間に発散角を変換する第３の光学素子として第２のカップリングレンズを設けるように構成してもよい。さらに第２のカップリングレンズを追加した光ピックアップは、第２の光源から出射される光ビームについても往路及び復路の光学倍率に自由度を与えることができるので、光ピックアップ１と同様の効果に加えて、用いる光ディスクのフォーマットの選択性を向上することができる。

次に、光ディスク１１へ記録データを記録するときの記録動作について説明する。

操作部２５を構成する記録釦２５ｂがユーザにより操作されて入力端子１８より記録データが入力されると、この記録データは、エラー訂正符号化回路１９で光ディスク１１の種類に応じたエラー訂正符号化処理がされ、次いで、変調回路２０で光ディスク１１の種類に応じた変調処理がされ、次いで、記録処理回路２１で記録処理がされた後、光ピックアップ１に入力される。すると、光ピックアップ１は、光ディスク１１の種類に応じて半導体レーザより所定の波長の光ビームを照射し、光ディスク１１の記録層に照射すると共に、光ディスク１１の反射層で反射された戻りの光ビームを光検出器７で検出し、これを光電変換しＲＦアンプ１５に出力する。ＲＦアンプ１５は、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号を生成する。サーボ回路１６は、ＲＦアンプ１５から入力されたフォーカシングエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいてフォーカシングサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成し、これらの信号を光ピックアップ１の対物レンズ駆動機構の駆動回路に出力する。これにより、対物レンズ駆動機構に保持された対物レンズは、フォーカシングサーボ信号やトラッキングサーボ信号に基づいて、対物レンズの光軸と平行なフォーカシング方向及び対物レンズの光軸に直交するトラッキング方向に駆動変位される。更に、モータ制御回路１３は、アドレス用のピットより生成したクロックが水晶発振器からの基準クロックと同期するように回転サーボ信号を生成し、これに基づき、スピンドルモータ１２を駆動し、光ディスク１１をＣＬＶで回転する。更に、サブコード抽出回路１７は、ＲＦ信号からピットパターン等からリードインエリアのアドレスデータを抽出し、制御回路２７に出力する。光ピックアップ１は、制御回路２７の制御に基づいて、記録処理回路２１で記録処理されたデータを記録するため、この抽出されたアドレスデータに基づいて所定のアドレスにアクセスし、半導体レーザを記録レベルで駆動し、光ビームを光ディスク１１の記録層に照射しデータの記録を行う。光ピックアップ１は、記録データを記録するに従って、順次ステッピングモータ２８によってステップ送りされ、光ディスク１１の内外周に亘って記録データを記録する。

次に、光ディスク１１に記録されている記録データを再生するときの動作について説明する。

操作部２５を構成する再生釦２５ｃがユーザにより操作されると、光ピックアップ１は、記録動作のときと同様に、光ディスク１１の種類に応じて半導体レーザより所定の波長の光ビームを光ディスク１１の記録層に照射すると共に、光ディスク１１の反射層で反射された戻りの光ビームを光検出器で検出し、これを光電変換しＲＦアンプ１５に出力する。ＲＦアンプ１５は、フォーカシングエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号を生成する。サーボ回路１６は、ＲＦアンプ１５から入力されたフォーカシングエラー信号やトラッキングエラー信号に基づいてフォーカシングサーボ信号やトラッキングサーボ信号を生成し、これらの信号に基づいて対物レンズのフォーカシング制御やトラッキング制御を行う。更に、モータ制御回路１３は、同期信号より生成したクロックが水晶発振器からの基準クロックと同期するように回転サーボ信号を生成し、これに基づき、スピンドルモータ１２を駆動し、光ディスク１１をＣＬＶで回転する。更に、サブコード抽出回路１７は、ＲＦ信号からサブコードデータを抽出し、抽出したサブコードデータを制御回路２７に出力する。光ピックアップ１は、所定のデータを読み出すため、この抽出されたサブコードデータに含まれるアドレスデータに基づいて所定のアドレスにアクセスし、半導体レーザを再生レベルで駆動し、光ビームを光ディスク１１の記録層に照射し反射層で反射された戻りの光ビームを検出することによって光ディスク１１に記録されている記録データの読み出しを行う。光ピックアップ１は、記録データを読み出すに従って、順次ステッピングモータ２８によってステップ送りされ、光ディスク１１の内外周に亘って記録されている記録データの読み出しを行う。

ＲＦアンプ１５で生成されたＲＦ信号は、復調回路２２で記録時の変調方式に応じて復調処理がされ、次いで、エラー訂正復号化回路２１でエラー訂正復号処理がされ、出力端子２４より出力される。この後、出力端子２４より出力されたデータは、そのままディジタル出力されるか又は例えばＤ／Ａコンバータによりディジタル信号からアナログ信号に変換され、スピーカ、モニタ等に出力される。

本発明を適用した記録及び／又は再生装置１０は、光ディスク１１のフォーマットに適した往路倍率及び復路倍率の光学系を実現することができ、環境温度変化による光ビームの焦点位置ズレを防止するので、環境温度変化により信頼性を損なうことなく、常に良好で最適な記録及び再生を可能とするとともに、樹脂材料を用いることで製作の簡易化、低コスト化及び量産化を実現する。

本発明を適用した光ピックアップは、記録再生装置に用いられたが、記録装置のみ及び再生装置のみに適用されてもよい。

また、本発明は、上述したディスクフォーマット以外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。

本発明を適用した記録再生装置の構成を示すブロック図である。 本発明を適用した光ピックアップの光学系の例の概略を示す図である。 （ａ）は、本発明を適用した光ピックアップのコリメータレンズ等を構成する樹脂材料の温度変化に伴う屈折率の変化を示す図であり、（ｂ）は、本発明を適用した光ピックアップのコリメータレンズ等を構成する樹脂材料の波長変化に伴う屈折率の変化を示す図である。

符号の説明

１ 光ピックアップ、 １０ 記録再生装置、 １１ 光ディスク、 １２ スピンドルモータ、 ３１ 第１の光源部、 ３２ 第２の光源部、 ３３ 対物レンズ、 ３４ 第１のビームスプリッタ、 ３５ 第２のビームスプリッタ、 ３６ 光検出器、 ３７ マルチレンズ、 ３８ コリメータレンズ、 ３９ カップリングレンズ、 ４０ 開口絞り、 ４１ ミラー

Claims (3)

1. 異なるフォーマットとされた複数の光ディスクに対して、第１の光源及び第２の光源から出射された異なる波長の光ビームを集光する集光装置において、
   上記第１及び第２の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第１の光学素子と、
   上記第１の光学素子により発散角を変換された光ビームを光ディスクの信号記録面に集光する対物レンズと、
   上記第１の光源と上記第１の光学素子との間に設けられ、上記第１の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第２の光学素子とを備え、
   上記第１及び第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の屈折力を有し、
   上記第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の回折パワーを有する輪帯回折面が設けられることを特徴とする集光装置。
2. 第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、
   上記第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、
   上記第１及び第２の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
   上記第１の光源から出射された光ビームの光路と上記第２の光源から出射された光ビームの光路とを合成する光路合成手段と、
   上記光路合成手段と上記対物レンズとの間に配置され、上記第１及び第２の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第１の光学素子と、
   上記第１の光源と上記光路合成手段との間に配置され、上記第１の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第２の光学素子と、
   上記光ディスクからの戻りの光ビームを受光する光検出部とを備え、
   上記第１及び第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の屈折力を有し、
   上記第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の回折パワーを有する輪帯回折面が設けられることを特徴とする光ピックアップ。
3. 光ディスクに対して情報を記録及び／又は再生する光ピックアップと、上記光ディスクを回転するディスク回転駆動手段とを備える記録及び／又は再生装置において、
   上記光ピックアップは、第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、
   上記第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、
   上記第１及び第２の光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録面上に集光する対物レンズと、
   上記第１の光源から出射された光ビームの光路と上記第２の光源から出射された光ビームの光路とを合成する光路合成手段と、
   上記光路合成手段と上記対物レンズとの間に配置され、上記第１及び第２の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第１の光学素子と、
   上記第１の光源と上記光路合成手段との間に配置され、上記第１の光源から出射された光ビームの発散角を変換する第２の光学素子と、
   上記光ディスクからの戻りの光ビームを受光する光検出部とを備え、
   上記第１及び第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の屈折力を有し、
   上記第２の光学素子は、樹脂材料により形成され、正の回折パワーを有する輪帯回折面が設けられることを特徴とする記録及び／又は再生装置。

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