JP2007048373A - 光ピックアップ及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 保護基板の厚さの異なる複数種類の光ディスクの信号記録面に対して、それぞれの波長の光ビームのスポット形状及び光量を適正なものにする。
【解決手段】 第１の波長の第１光源と、第２の波長の第２光源と、第３の波長の第３光源と、第１乃至第３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乃至第３の光源と対物レンズ３３との間に配置されるコリメータレンズ３６と、コリメータレンズと対物レンズ３３との間に配置される回折光学素子３４とを備え、回折光学素子３４は、第２の波長の光ビームを回折する第１の回折部３４ａと、第３の波長の光ビームを回折する第２の回折部３４ｂとを有し、第２の回折部３４ｂには、輪帯状の第１の光学面と第２の光学面とが連続的に形成され、第１及び第２の光学面は、その半径方向の断面形状が自由曲面形状に形成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数種類の光ディスク等の情報記録媒体に対して、異なる波長の光ビームを用いて情報の記録及び／又は再生を行う光ピックアップ及び光ディスク装置に関する。

現在、次世代光ディスクフォーマットとして、青紫色半導体レーザによる波長４００〜４１０ｎｍ程度の光源を用いたものが採用されている。

これらの次世代光ディスクに対応する光ピックアップを提供するに際して、従来のＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のフォーマットの異なる光ディスクとの互換性を有したものが望まれる。このように、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるフォーマットの光ディスク間の互換性を有する光ピックアップ及び光ディスク装置が必要とされる。

このような使用波長の異なる複数種類の光ディスクに対して情報信号の記録や再生を行う光ピックアップとして、各光ディスクに対応した複数の対物レンズを備えたものがある。

複数の対物レンズを用いた光ピックアップでは、その分、部品点数が多く、光ディスク装置の大型化や製造コストの高騰を招くおそれがある。

また、使用波長の異なる複数種類の光ディスクに対して情報信号の記録や再生を行う光ピックアップとして、１つの対物レンズと、この対物レンズに入射する光ビームの発散角を波長に応じて変換する光学素子とを有する光ピックアップが考えられる。

具体的には、図８に示すような、波長４０５ｎｍ程度の第１の波長の光ビームをこの第１の波長に対応した第１の光ディスクの信号記録面上に収束する対物レンズ１０３を用い、波長６６０ｎｍ程度の第２の波長の光ビームをこの対物レンズ１０３を用いて第２の波長に対応した第２の光ディスクの信号記録面上に収束する入射角に変更する第１の回折素子と、波長７８５ｎｍ程度の第３の波長の光ビームをこの対物レンズを用いて第３の波長に対応した第３の光ディスクの信号記録面上に集束する入射角に変更する第２の回折素子１０４とを有する光ピックアップ１００がある。

この第２の回折素子１０４として図９に示すような格子高さが第１及び第２の波長である４０５ｎｍ、６６０ｎｍのそれぞれの整数倍になるような回折格子が用いられていた。

しかし、かかる回折格子１０４は、第１及び第２の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_２を透過させるとともに、第３の波長の光ビームＢ_３を使用する−１次光Ｂ_３ｃ５を発生させるとともに、それと略同量の＋１次光Ｂ_３ｃ６を発生させてしまい、これが迷光となってしまい、信号の劣化を招くおそれがあった。尚、図８中破線Ｂ_３ｃ７は、０次光が対物レンズ１０３に入射したときの焦点位置を示すものである。

特開２００５−３８５７５号公報

本発明の目的は、保護基板の厚さの異なる複数種類の光ディスクに対して、共通の対物レンズを用いて、対応する波長の光ビームを信号記録面に適切なスポット形状及び光量で集光することを可能とし、複数種類の光ディスクに対して、情報信号の記録及び再生を可能とする光ピックアップ及び光ディスク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２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、上記第１乃至第３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乃至第３の光源と上記対物レンズとの間に配置され、上記第１乃至第３の光源から出射された光ビームの発散角を変換して平行光とするコリメータレンズと、上記コリメータレンズと上記対物レンズとの間に配置される回折光学素子とを備え、上記回折光学素子は、上記第２の波長の光ビームを回折する第１の回折部と、上記第３の波長の光ビームを回折する第２の回折部とを有し、上記第２の回折部には、輪帯状の第１の光学面と第２の光学面とが連続的に形成され、第１及び第２の光学面は、その半径方向の断面形状が自由曲面形状に形成されている。

この目的を達成するため、本発明に係る光ディスク装置は、異なる種類の複数の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駆動するディスク回転駆動手段とを備える光ディスク装置において、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、第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、上記第１乃至第３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乃至第３の光源と上記対物レンズとの間に配置され、上記第１乃至第３の光源から出射された光ビームの発散角を変換して平行光とするコリメータレンズと、上記コリメータレンズと上記対物レンズとの間に配置される回折光学素子とを備え、上記回折光学素子は、上記第２の波長の光ビームを回折する第１の回折部と、上記第３の波長の光ビームを回折する第２の回折部とを有し、上記第２の回折部には、輪帯状の第１の光学面と第２の光学面とが連続的に形成され、第１及び第２の光学面は、その半径方向の断面形状が自由曲面形状に形成されている。

本発明は、回折光学素子の第１の回折部が第２の波長の光ビームを回折して最適な発散角で対物レンズに入射させ、回折光学素子の第２の回折部が第３の波長の光ビームを回折して最適な光量で且つ最適な発散角で対物レンズに入射させ、保護基板の厚さの異なる複数種類の光ディスクの信号記録面に対して、それぞれの波長の光ビームのスポット形状及び光量を適正なものにすることができる。

したがって、本発明は、複数種類の光ディスクに対して信号の読み取り及び書き込みを可能とするとともに、光学部品を共通化することができるので、構成の簡素化及び小型化を可能とし、製造コストを低減できる。

以下、本発明を適用した光ピックアップを用いた光ディスク装置について、図面を参照して説明する。

本発明が適用された光ディスク装置１は、図１に示すように、光ディスク２から情報記録再生を行う光ピックアップ３と、光ディスク２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ４と、光ピックアップ３を光ディスク２の径方向に移動させる送りモータ５とを備えている。この光ディスク装置１は、フォーマットの異なる複数種類の光ディスクに対して記録及び／又は再生を行うことができる互換性を実現した光ディスク装置である。

ここで用いられる光ディスク２は、例えば、ＣＤ(Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、情報の追記が可能とされるＣＤ−Ｒ（Recordable）及びＤＶＤ−Ｒ（Recordable）、情報の書換えが可能とされるＣＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ−ＲＷ（ReWritable）、ＤＶＤ＋ＲＷ（ReWritable）等の光ディスクや、さらに発光波長が短い４０５ｎｍ程度（青紫色）の半導体レーザを用いた高密度記録が可能な光ディスクや、光磁気ディスク等である。

特に、以下で光ディスク装置１により情報の再生又は記録を行う３種類の光ディスクとして、保護基板の厚さが０．１ｍｍで波長４０５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用する高密度記録が可能な第１の光ディスク１１と、保護基板の厚さが０．６ｍｍで波長６６０ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ等の第２の光ディスク１２と、保護基板の厚さが１．２ｍｍで波長７８５ｎｍ程度の光ビームを記録再生光として使用するＣＤ等の第３の光ディスク１３とを用いるものとして説明する。

光ディスク装置１において、スピンドルモータ４及び送りモータ５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７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御回路９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、第１の光ディスク１１、第２の光ディスク１２、第３の光ディスク１３に応じて所定の回転数で駆動される。

光ピックアップ３は、複数種類のフォーマットに対して互換性を有する光学系を備え、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３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８に供給する。

プリアンプ部８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。）１５に送られる。この信号変復調＆ＥＣＣブロック１５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３は、信号変復調＆ＥＣＣブロック１５の指令にしたがって回転する光ディスク２の記録層に対して光ビームを照射し、光ディスク２に対して信号の記録又は再生を行う。

プリアンプ部８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ディスク２の種類に応じて、サーボ制御回路９、信号変復調＆ＥＣＣブロック１５等により、光ディスク２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１５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１６を介して外部コンピュータ１７に送出される。これにより、外部コンピュータ１７等は、光ディスク２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１５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１８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１９に供給される。そしてオーディオビジュアル処理部１９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２０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３において、例えば、光ディスク２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５の制御、スピンドルモータ４の制御、及び光ピックアップ３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９により行われる。

レーザ制御部２１は、光ピックアップ３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２１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２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２１は、ディスク種類判別部２２によって検出された光ディスク２の種類に応じて光ピックアップ３のレーザ光源を切り換えている。

ディスク種類判別部２２は、第１〜第３の光ディスク１１，１２，１３の間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から光ディスク２の異なるフォーマットを検出することができる。

光ディスク装置１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部２２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７は、ディスク種類判別部２２から送られる検出結果に基づいて光ディスク２の種類を判別する。光ディスクの種類を判別する手法としては、光ディスク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。また、同一光ディスクにおける記録層の判別には、光ディスク最内周にあるプリマスタードピットやグルーブ等に記録された目録情報（Table Of Contents；ＴＯＣ）による情報に基づいて、どの記録層に対する記録再生かを判別する手法が使用できる。

サーボ制御回路９は、例えば光ピックアップ３と光ディスク２との相対位置を検出する（光ディスク２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。

以上のように構成された光ディスク装置１は、スピンドルモータ４によって、光ディスク２を回転操作し、サーボ制御回路９からの制御信号に応じて送りモータ５を駆動制御し、光ピックアップ３を光ディスク２の所望の記録トラックに対応する位置に移動することで、光ディスク２に対して情報の記録再生を行う。

ここで、上述した記録再生用光ピックアップ３について詳しく説明する。

光ピックアップ３は、信号記録面を保護する保護基板の厚さの異なる複数の光ディスクに対して記録及び／又は再生を行うものであり、具体的には、厚さが０．１ｍｍ程度の第１の厚さの第１の保護基板を有し波長４０５ｎｍ程度の第１の波長の光ビームを記録再生光として使用する第１の光ディスク１１と、厚さが０．６ｍｍ程度の第２の厚さの第２の保護基板を有し波長６６０ｎｍ程度の第２の波長の光ビームを記録再生光として使用する第２の光ディスク１２と、厚さが１．２ｍｍ程度の第３の厚さの第３の保護基板を有し波長７８５ｎｍ程度の第３の波長の光ビームを記録再生光として使用する第３の光ディスク１３とに対して記録及び／又は再生を行うものとして説明する。

本発明を適用した光ピックアップ３は、図２に示すように、第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部を有する第１の光源部３１と、第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部とを有する第２の光源部３２と、第１乃至第３の出射部から出射された光ビームを光ディスク２の信号記録面上に集光する対物レンズ３３と、対物レンズ３３と第１及び第２の光源部３１，３２との間に配置され、第１の回折部３４ａと第２の回折部３４ｂとを有する回折光学素子３４と、光ディスク２の信号記録面で反射された戻り光を検出する光検出器３５とを備える。

また、光ピックアップ３は、第１乃至第３の出射部と回折光学素子３４との間に配置され、第１乃至第３の出射部から出射された光ビームの発散角を変換するコリメータレンズ３６と、コリメータレンズ３６と回折光学素子３４との間に設けられ、信号記録面で反射された戻り光の光路を往路光の光路から分岐させて光検出器３５に導く光路分岐手段として第１のビームスプリッタ３８と、第１及び第２の光源部３１，３２と、コリメータレンズ３６との間に設けられ、第１の光源部３１から出射された光ビームの光路と、第２の光源部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として第２のビームスプリッタ３９とを有する。

第１の光源部３１は、第１の光ディスク１１に対して波長４０５ｎｍ程度の第１の波長の光ビームを出射する第１の出射部を有する。また、第２の光源部３２は、第２の光ディスク１２に対して波長６６０ｎｍ程度の第２の波長の光ビームを出射する第２の出射部と、第３の光ディスク１３に対して波長７８５ｎｍ程度の第３の波長の光ビームを出射する第３の出射部とを有する。

尚、光ピックアップ３において、第１乃至第３の出射部は、第１の光源部３１又は第２の光源部３２に配置するように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、１の光源部に第１乃至第３の出射部を配置するように構成してもよく、また、それぞれ別の光源部に配置するように構成してもよい。

第２のビームスプリッタ３９は、例えば、波長選択性のあるミラー面３９ａを有している。このミラー面３９ａは、第１の光源部３１の第１の出射部から出射された光ビームを透過させ、第２の光源部３２の第２及び第３の出射部から出射された光ビームを反射させることで、第１乃至第３の出射部から出射されるそれぞれの光ビームの光路を合成することができる。

コリメータレンズ３６は、第１の光源部３１又は第２の光源部３２の各出射部から出射された光ビームの発散角を変換して略平行光として第１のビームスプリッタ３８側に出射させる。

回折光学素子３４は、第１乃至第３の波長の光ビームの光路上に配置され、すなわち、図２及び図３に示すように、第１のビームスプリッタ３８と対物レンズ３３との間に配置され、その一方の面である入射側の面に第１の回折部３４ａと、その他方の面である出射側の面に第２の回折部３４ｂとを有する。

第１の回折部３４ａは、第１及び第３の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_３を透過させ、第２の波長の光ビームＢ_２を回折する。ここで、第１の回折部３４ａは、第２の波長の光ビームＢ_２を回折することにより、第２の波長の光ビームＢ_２が対物レンズ３３により集束される第２の光ディスク１２の信号記録面１２ａ上のスポット形状を適切な形状とする。すなわち、第１の回折部３４ａは、第２の波長の光ビームＢ_２が対物レンズ３３により適切に集光されるように発散角を変更して焦点をあわせる。また、第１の回折部３４ａは、第２の波長の光ビームＢ_２が対物レンズ３３を介して第２の光ディスク１２の信号記録面１２ａに集光されるときに発生する球面収差、すなわち、保護基板厚の異なる複数種類の光ディスクに対して共通の対物レンズ３３を用いることにより発生する球面収差を補正する。

また、第２の回折部３４ｂは、第１及び第２の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_２を透過させ、第３の波長の光ビームＢ_３を回折する。ここで、第２の回折部３４ｂは、第３の波長の光ビームＢ_３を回折することにより、第３の波長の光ビームＢ_３が対物レンズ３３により収束される第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａ上のスポット形状を適切な形状とする。すなわち、第２の回折部３４ｂは、第３の波長の光ビームＢ_３が対物レンズ３３により適切に集光されるように発散角を変更して焦点をあわせる。また、第２の回折部３４ｂは、第３の波長の光ビームＢ_３が対物レンズ３３を介して第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａに集光されるときに発生する球面収差、すなわち、保護基板厚の異なる複数種類の光ディスクに対して共通の対物レンズ３３を用いることにより発生する球面収差を補正する。

次に、第１及び第２の回折部３４ａ，３４ｂの構成について説明する。

第１の回折部３４ａは、ホログラムが形成され、このホログラムの形状は、所定の段数及び所定の位相深さの輪帯状の段部を有する階段状とされている。すなわち、第１の回折部３４ａは、図４に示すように、所定のステップ数ｎ（ｎは、２以上の整数とする。）の階段状とされており、第１乃至第（ｎ−１）の段部Ｓ_１，Ｓ_２，・・・Ｓ_ｎ−２，Ｓ_ｎ−１を有する階段状のホログラムが形成され、さらに換言すると、輪帯状の第１乃至第ｎの光学面ｆ_１，ｆ_２，・・・ｆ_ｎ−１，ｆ_ｎが連続的に形成された階段状のホログラムが形成されている。

第１の回折部３４ａの隣接する各光学面ｆ_１，ｆ_２，・・・ｆ_ｎ−１，ｆ_ｎは、略同一段差とされており、すなわち隣接する光学面の段差は、第１及び第３の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_３を透過させるとともに、第２の波長の光ビームＢ_２を対物レンズ３３で第２の光ディスク１２に適切なスポット形状で集光する発散角となるように回折する段差で形成されている。また、１周期の各光学面ｆ_１，ｆ_２，・・・ｆ_ｎ−１，ｆ_ｎの半径方向の幅を略等しく形成されている。

以上のように構成された第１の回折部３４ａは、第１及び第３の波長の光ビームを略全量透過させるとともに、第２の波長の光ビームを適切な発散角及び適切な光量で回折させることで、この回折光を対物レンズ３３を介して第２の光ディスク１２の信号記録面１２ａに適切なスポット形状で集光することができる。

また、第２の回折部３４ｂは、図５に示すように、輪帯状の第１の光学面ｆ_１と、この第１の光学面と光軸方向に所定の距離だけ離間して形成される輪帯状の第２の光学面ｆ_２とが連続的に格子状、すなわち凹凸状に形成されている。この第１及び第２の光学面ｆ_１，ｆ_２は、その半径方向の断面形状が自由曲面形状に形成されている。ここで、自由曲面形状とは、曲率が変化しながら連続した全体として非対称な曲面をいう。尚、連続して形成される第１の光学面ｆ_１の形状は、その断面形状が半径方向の位置によって幅は変わるが光軸方向の変化は全て同じ形状に形成され、連続して形成される第２の光学面ｆ_２の形状は、その断面形状が半径方向の位置によって幅は変わるが光軸方向の変化は全て同じ形状に形成される。尚、１周期の幅は、外側に向けて狭くなるように変化する。

第２の回折部３４ｂの第１乃至第２の光学面ｆ_１，ｆ_２の面形状は、第１及び第２の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_２を透過させるとともに、第３の波長の光ビームＢ_３を第３の光ディスク１３に適切なスポット形状で集光する発散角となるような−１次回折光と、この−１次回折光より回折量の少ない＋１次回折光とに回折させるような形状に形成されている。具体的には、第２の回折部３４ｂは、第３の波長の光ビームＢ_３の＋１次回折光の回折量Ｅ_１に対する、−１次回折光の回折量Ｅ_２の比（Ｅ_２／Ｅ_１）が１．５以上となるように回折する。ここで、０次回折光（以下、「０次光」という。）の焦点より離間する側で焦点を結ぶ回折光を−１次回折光（以下、「−１次光」という。）とし、０次光の焦点より近接する側で焦点を結ぶ回折光を＋１次回折光（以下、「１次光」という。）とする。

第２の回折部３４ｂの第１乃至第２の光学面ｆ_１，ｆ_２は、図６（ａ）に示すように、それぞれの基準面ｆ_１１，ｆ_２１が光軸方向に３．６５μｍの段差ｈを有して形成され、第１の光学面ｆ_１が第２の光学面ｆ_２に比べて対物レンズ３３側である外側に形成されている。

第１の光学面ｆ_１は、図６（ｂ）に示すように、第１の光学面の基準面ｆ_１１に対して±０．１μｍの範囲の細かい変動を有する自由曲面形状とされる。また、第２の光学面ｆ_２は、図６（ｃ）に示すように、第２の光学面の基準面ｆ_２１に対して０〜＋０．１５μｍの範囲の細かい変動を有する自由曲面形状とされる。

また、第１の光学面ｆ_１は、その半径方向の断面形状が基準面ｆ_１１に対して中央に向けて突出する突出形状の突部を有する。第２の光学面ｆ_２は、その半径方向の断面形状が上述の基準面ｆ_２１から＋側に変動範囲の半分程度である０．０７５μｍ程度離間した第２の基準面ｆ_２２に対して、中央に突出する突出形状の突部と、この中央の突出形状の一方の側に凹状形状の凹部と、この中央の突出形状の他方の側に略平坦形状の平坦部とを有する。換言すると、第１の光学面ｆ_１は、半径方向の断面形状が一定で且つ滑らかな凸面を有し、第２の光学面ｆ_２は、半径方向の断面形状が一定で且つ凸面、凹面及び平坦面からなる面を有している。

尚、第２の回折部３４ｂが設けられる回折光学素子３４は、第１の波長（４０５ｎｍ）に対する屈折率ｎ_１が１．５５６であり、第２の波長（６６０ｎｍ）に対する屈折率ｎ_２が１．５３９であり、第３の波長（７８５ｎｍ）に対する屈折率ｎ_３が１．５３６である材質により形成した。

以上のように構成された第２の回折部３４ｂは、「表１」に示す回折効率で、第１乃至第３の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３を回折する。尚、「表１」は、それぞれ第１乃至第３の波長の光ビームの各次数の回折効率を示す図である。すなわち、第２の回折部３４ｂは、第１の波長の光ビームＢ_１の０次光を回折効率８１．３％で透過させ、第２の波長の光ビームＢ_２の０次光を回折効率８９．２％で透過させ、第３の波長の光ビームＢ_３の−１次光の回折効率が４５．４％、＋１次光の回折効率が２９．２％として回折する。

第２の回折部３４ｂは、第１及び第２の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_２を適正な回折光量で透過させることで最適な光量で対物レンズ３３側に出射させ、第３の波長の光ビームＢ_３の−１次光を最適な光量で最適な発散角で対物レンズ３３側に出射させることで、この−１次光を対物レンズ３３を介して第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａに適切なスポット形状で集光することができる。また、第２の回折部３４ｂは、第３の波長の光ビームの−１次光を発生させたとき、発生してしまう＋１次光の回折量を低下させることができ、迷光の発生を防止することができる。

すなわち、第２の回折部３４ｂは、第１及び第２の波長の光ビームを略全量透過させるとともに、発散角を変換するために回折する第３の波長の光ビームの正負の回折次数のバランスを調整してアンバランスにすることで、所望の−１次光の回折効率を向上させ、迷光となるおそれがある＋１次光の回折効率を低下させることができる。

以上のように、回折光学素子３４は、第１及び第２の回折部３４ａ，３４ｂにより、各波長の光ビームをそれぞれに対応した光ディスクの信号記録面に適切なスポット形状及び光量で集光することができる。

尚、ここでは、第２の回折部３４ｂは、−１次光の回折効率を向上させるとともに第３の光ディスクに集光するように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、−１次光の回折量を低下させ、＋１次光の回折量を増加して第３の光ディスクに集光するように構成しても良い。

ここで、上述した第２の回折部３４ｂが第３の波長の光ビームの±１次光の回折光量をアンバランスにすることができることについて説明する。

まず、図７（ａ）を用いて、本発明を構成する第２の回折部３４ｂと比較するための比較例１の回折部について説明する。

図７（ａ）に示すように、比較例１の回折光学素子の回折部１３４ｂは、第１の光学面ｆ_ｃ１と第２の光学面ｆ_ｃ２とが連続的に形成された、いわゆる回折格子形状とされる。かかる回折部１３４ｂは、回折格子の深さである第１の光学面ｆ_ｃ１と第２の光学面ｆ_ｃ２との段差ｈｃを調整することで、所定の波長の光ビームを透過させるとともに、所定の波長の光ビームを±１次光に回折することができる。具体的には、ｈｃ＝３．６５μｍ、第１の光学面ｆ_ｃ１と第２の光学面ｆ_ｃ２との半径方向の幅Ｗｃを０．５μｍとしたときに、第１乃至第３の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３の各次数の回折効率は表２に示すとおりとなる。

これは、第１の光学面ｆ_ｃ１と第２の光学面ｆ_ｃ２との段差ｈｃを第１及び第２の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_２の波長の整数倍とすることで、第１及び第２の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_２を透過させることができるからである。その一方で、この回折部１３４ｂでは、第３の波長の光ビームの−１次光Ｂ_３ｃ１の回折効率を高めるには限界があり、また、＋１次光Ｂ_３ｃ２が略同量発生してしまうため、迷光の原因となってしまう等の問題がある。

次に、図７（ｂ）を用いて、この比較例１の回折部１３４ｂの問題を解決するための比較例２の回折部１４４ｂについて説明する。

図７（ｂ）に示すように、比較例２の回折部１４４ｂは、光軸方向と平行な面ｆ_ｃ３と、光軸方向に直交する面から傾斜した傾斜面ｆ_ｃ４とからなる、いわゆるブレーズ形状とされている。かかる回折部１４４ｂは、この傾斜面ｆ_ｃ４の高さを調整することで、±１次光の回折効率をアンバランスにする、すなわち、−１次光Ｂ_３ｃ３を増大させ、＋１次光Ｂ_３ｃ４を低下させることが可能となる。しかし、この一方で、この回折部１４４ｂでは、異なる波長である第１及び第２の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_２の大部分を透過させることが困難であった。

そこで、上述した本発明を構成する第２の回折部３４ｂは、図５に示したように輪帯状の第１の光学面ｆ_１と第２の光学面ｆ_２とが連続的に形成され、この第１及び第２の光学面ｆ_１，ｆ_２が、その半径方向の断面形状が自由曲面形状に形成したことにより、第３の波長の光ビームＢ_３に対して±１次光の回折効率にアンバランスを発生させるとともに、第１及び第２の波長の光ビームの８０％以上を透過させることができる。

第２の回折部３４ｂは、輪帯状に連続的に形成される第１及び第２の光学面ｆ_１，ｆ_２の半径方向の断面形状が自由曲面形状に形成され、上述のような範囲の細かい変動を有することにより、第１及び第２の波長の光ビームＢ_１，Ｂ_２を８０％以上透過させ、第３の波長の光ビームＢ_３の＋１次光の回折量に対する−１次光の回折量の比が１．５以上となるように回折させることができ、第３の波長の光ビームＢ_３を対物レンズ３３により第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａに適切なスポット形状で集光できるような最適な発散角の−１次光を、適切な光量を対物レンズ３３側に出射させることができるとともに、＋１次光の回折量を低減することで、迷光の発生を防止する。

尚、上述した回折光学素子３４の第１及び第２の回折部３４ａ，３４ｂは、樹脂材料を用いて成型により形成してもよいし、ガラスを用いてエッチング等により形成してもよい。 また、ここでは、第１及び第２の回折部３４ａ，３４ｂを一つの回折光学素子３４の入射側の面及び出射側の面の両側に形成するように構成したが、これに限られるものではなく、それぞれ別の回折光学素子に設けるように構成してもよい。

対物レンズ３３は、３波長互換用の対物レンズである。この対物レンズ３３の開口数は、第１の波長に対して０．８５であり、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である。対物レンズ３３は、第１の保護基板厚を有する第１の光ディスク１１に対して、コリメータレンズ３６に発散角を変換され略平行光とされた第１の波長の光ビームを第１の光ディスク１１の信号記録面１１ａに集光することができる。また、第２の保護基板厚を有する第２のディスク１２に対して、コリメータレンズ３６に略平行光とされた後に回折光学素子３４の第１の回折部３４ａで回折され発散角を変換された第２の波長の光ビームを第２の光ディスク１２の信号記録面１２ａに集光することができる。さらに、第３の保護基板厚を有する第３の光ディスク１３に対して、コリメータレンズ３６に略平行光とされた後に回折光学素子３４の第２の回折部３４ｂで回折され発散角を変換された第３の波長の光ビームを第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａに集光することができる。対物レンズ３３は、回折光学素子３４によって波長に応じて適切な発散角で第１乃至第３の波長の光ビームが入射されることによって３つの異なる波長に対する互換を達成する。尚、各波長に対する開口数は、上述したものに限られるものではなく、例えば、第２の波長に対して０．６０〜０．６５程度、第３の波長に対して０．４５〜０．５１程度であってもよい。

第１のビームスプリッタ３８は、コリメータレンズ３６と回折光学素子３４との間の光路上に設けられ、そのミラー面３８ａにより、往路光を対物レンズ３３側に透過させるとともに、光ディスク２からの戻り光を光検出器３５側に光路分岐させて出射させる。第１のビームスプリッタ３８と光検出器３５との間には、光路分岐された光ビームを光検出器３５の受光面上に集束させる円筒レンズ等の光学素子４１が設けられている。

次に、この光ピックアップ３における、第１及び第２の光源部３１，３２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の光ディスク１１に対して情報の読み取り又は書き込みを行う際の光路について説明する。

光ディスク２の種類が第１の光ディスク１１であることを判別したディスク種類判別部２２は、第１の光源部３１の第１の出射部から第１の波長の光ビームを出射させる。

第１の光源部３１の第１の出射部から出射された第１の波長の光ビームは、図２及び図３に示すように、第２のビームスプリッタ３９のミラー面３９ａを透過されて、コリメータレンズ３６により略平行光とされて第１のビームスプリッタ３８に入射される。

第１のビームスプリッタ３８に入射された第１の波長の光ビームは、ミラー面３８ａを透過して、回折光学素子３４に入射される。

回折光学素子３４に入射された第１の波長の光ビームＢ_１は、入射側に設けられた第１回折部３４ａ、及び、出射側に設けられた第２の回折部３４ｂをその８０％以上が透過して対物レンズ３３側に出射される。

回折光学素子３４を透過された第１の波長の光ビームＢ_１は、対物レンズ３３により、第１の光ディスク１１の信号記録面１１ａに適切なスポット形状で集光される。

第１の光ディスク１１に集光された光ビームは、信号記録面１１ａで反射し、対物レンズ３３、回折光学素子３４を透過して、第１のビームスプリッタ３８により反射されて光検出器３５側に出射される。第１のビームスプリッタ３８により光路分岐された第１の波長の光ビームは、光学素子４１により光検出器３５の受光面に集束されて検出される。

次に、第２の光ディスク１２に対して情報の読み取り又は書き込みを行う際の光路について説明する。

光ディスク２の種類が第２の光ディスク１２であることを判別したディスク種類判別部２２は、第２の光源部３２の第２の出射部から第２の波長の光ビームを出射させる。

第２の光源部３２の第２の出射部から出射された第２の波長の光ビームは、図２及び図３に示すように、第２のビームスプリッタ３９のミラー面３９ａを反射されて、コリメータレンズ３６により略平行光とされて第１のビームスプリッタ３８に入射される。

第１のビームスプリッタ３８に入射された第２の波長の光ビームは、ミラー面３８ａを透過して、回折光学素子３４に入射される。

回折光学素子３４に入射された第２の波長の光ビームＢ_２は、入射側に設けられた第１の回折部３４ａで回折され、出射側に設けられた第２の回折部３４ｂをその８０％以上が透過して、対物レンズ３３側に出射される。

回折光学素子３４の第１の回折部３４ａに回折された第２の波長の光ビームＢ_２は、対物レンズ３３により、第２の光ディスク１２の信号記録面１２ａに適切なスポット形状で集光される。

第２の光ディスク１２の信号記録面１２ａで反射された光ビームの復路側の光路は、上述の第１の波長の光ビームと、同様の光路であるので、以下説明は省略する。

次に、第３の光ディスク１３に対して情報の読み取り又は書き込みを行う際の光路について説明する。

光ディスク３の種類が第３の光ディスク１３であることを判別したディスク種類判別部２２は、第２の光源部３２の第３の出射部から第３の波長の光ビームを出射させる。

第２の光源部３２の第３の出射部から出射された第３の波長の光ビームは、図２及び図３に示すように、第２のビームスプリッタ３９のミラー面３９ａを反射されて、コリメータレンズ３６により略平行光とされて第１のビームスプリッタ３８に入射される。

第１のビームスプリッタ３８に入射された第３の波長の光ビームは、ミラー面３８ａを透過して、回折光学素子３４に入射される。

回折光学素子３４に入射された第３の波長の光ビームＢ_３は、入射側に設けられた第１の回折部３４ａを透過され、出射側に設けられた第２の回折部３４ｂで回折され対物レンズ３３側に出射される。このとき、上述したように第２の回折部３４ｂは、通過する第３の波長の光ビームの−１次光を対物レンズ３３により第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａ上に適切なスポット形状で集光される発散角で対物レンズ３３に入射させる。また、第２の回折部３４ｂは、±１次光のバランスを調整してアンバランスにすること、すなわち、−１次光の回折量を増加して、＋１次光の回折量を低下させることで、適切な光量で対物レンズ３３を介して集光するとともに、迷光の発生を防止することができる。

回折光学素子３４の第２の回折部３４ｂに回折された第３の波長の光ビームＢ_３は、対物レンズ３３により、第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａに適切なスポット形状で集光される。

第３の光ディスク１３の信号記録面１３ａで反射された光ビームの復路側の光路は、上述の第１の波長の光ビームと、同様の光路であるので、以下説明は省略する。

本発明を適用した光ピックアップ３は、回折光学素子３４の第１の回折部３４ａが第２の波長の光ビームを回折して最適な光量で且つ最適な発散角で対物レンズ３３に入射させ、回折光学素子３４の第２の回折部３４ｂが第３の波長の光ビームを回折して最適な光量で且つ最適な発散角で対物レンズ３３に入射させるので、保護基板の厚さの異なる複数種類の光ディスク１１，１２，１３の信号記録面に対して共通の対物レンズ３３により、それぞれの波長のスポット形状を適正なものにすることができる。

よって、本発明を適用した光ピックアップ３は、保護基板の厚さの異なる複数種類の光ディスクに対して信号の読み取り及び書き込みを可能とするとともに、光学部品を共通化することができ、構成の簡素化及び小型化を可能とし、製造コストを低減できる。

また、本発明を適用した光ピックアップ３は、第２の回折部３４ｂが、第１及び第２の波長の光ビームを透過するとともに、第３の波長の光ビームの所定の発散角となる−１次光の回折量を増大して回折するとともに、＋１次光の回折量を低下させて回折するので、第３の波長の光ビームの−１次光を適切な回折量で適切なスポット形状で第３の光ディスクに集光するとともに、迷光となる可能性のある次数の回折光を低減することができるので、迷光を防止できる。

また、本発明を適用した光ディスク装置１は、上述した光ピックアップ３を備えることにより、複数種類の光ディスクに対して、信号の読み取り及び書き込みを可能とするとともに、光学部品を共通化することができるので、構成の簡素化及び小型化を可能とし、製造コストを低減できる。

本発明を適用した光ディスク装置の構成を示すブロック回路図である。 本発明を適用した光ピックアップの光学系を示す光路図である。 本発明を適用した光ピックアップを構成する回折光学素子及び対物レンズを示す断面図である。 本発明を適用した光ピックアップを構成する回折光学素子の第１の回折部の構成を示す断面図である。 本発明を適用した光ピックアップを構成する回折光学素子の第２の回折部の構成を示す断面図である。 本発明を適用した光ピックアップを構成する回折光学素子の第２の回折部の要部を示す図であり、（ａ）は、第１及び第２の光学面の格子高さを示す図であり、（ｂ）は、第１の光学面の格子高さを示す図であり、（ｃ）は、第２の光学面の格子高さを示す図である。 本発明を適用した光ピックアップの第２の回折部と比較するための比較例の回折部を説明する図であり、（ａ）は、回折格子形状に形成された比較例１の回折部を示す断面図であり、（ｂ）は、ブレーズ形状に形成された比較例２の回折部を示す断面図である。 従来の光ピックアップを構成する対物レンズ及び回折格子を示す断面図である。 従来の光ピックアップの回折格子を示す断面図である。

符号の説明

１ 光ディスク装置、 ２ 光ディスク、 ３ 光ピックアップ、 ４ スピンドルモータ、 ５ 送りモータ、 ９ サーボ制御回路、２２ ディスク種類判別部、 ３１ 第１の光源部、 ３２ 第２の光源部、 ３３ 対物レンズ、 ３４ 回折光学素子、 ３５ 光検出器、 ３６ コリメータレンズ、 ３８ 第１のビームスプリッタ、 ３９ 第２のビームスプリッタ、 ４１ 光学素子

Claims (5)

1. 第１の波長の光ビームを出射する第１の光源と、
   第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、
   第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、
   上記第１乃至第３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乃至第３の光源と上記対物レンズとの間に配置され、上記第１乃至第３の光源から出射された光ビームの発散角を変換して平行光とするコリメータレンズと、
   上記コリメータレンズと上記対物レンズとの間に配置される回折光学素子とを備え、
   上記回折光学素子は、上記第２の波長の光ビームを回折する第１の回折部と、上記第３の波長の光ビームを回折する第２の回折部とを有し、
   上記第２の回折部には、輪帯状の第１の光学面と第２の光学面とが連続的に形成され、第１及び第２の光学面は、その半径方向の断面形状が自由曲面形状に形成されている光ピックアップ。
2. 上記第１及び第２の光学面の面形状は、上記第１及び第２の波長の光ビームを略透過させるとともに、上記第３の波長の光ビームを−１次回折光と、この−１次回折光より回折量の少ない＋１次回折光とに回折させるように形成されている請求項１記載の光ピックアップ。
3. 上記第２の回折部は、上記第３の波長の光ビームの＋１次回折光の回折量に対する−１次回折光の回折量の比が１．５以上となるように回折する請求項２記載の光ピックアップ。
4. 上記第１の光学面は、上記第２の光学面に比べて上記対物レンズ側に設けられ、上記第１の光学面の基準面に対して±０．１μｍの範囲で自由曲面形状が形成され、
   上記第２の光学面は、上記第２の光学面の基準面に対して０〜＋０．１５μｍの範囲で自由曲面形状が形成される請求項１記載の光ピックアップ。
5. 異なる種類の複数の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駆動するディスク回転駆動手段とを備える光ディスク装置において、
   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、
   第２の波長の光ビームを出射する第２の光源と、
   第３の波長の光ビームを出射する第３の光源と、
   上記第１乃至第３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乃至第３の光源と上記対物レンズとの間に配置され、上記第１乃至第３の光源から出射された光ビームの発散角を変換して平行光とするコリメータレンズと、
   上記コリメータレンズと上記対物レンズとの間に配置される回折光学素子とを備え、
   上記回折光学素子は、上記第２の波長の光ビームを回折する第１の回折部と、上記第３の波長の光ビームを回折する第２の回折部とを有し、
   上記第２の回折部には、輪帯状の第１の光学面と第２の光学面とが連続的に形成され、第１及び第２の光学面は、その半径方向の断面形状が自由曲面形状に形成されている光ディスク装置。

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