JP2007087493A - 光ピックアップ装置、光ディスクドライブ、及び、対物レンズ切換え方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械的な機構により装置の大型化や切換え速度の低下を招来することなく、複数の対物レンズを切り替えて、複数の規格の光記録媒体に対する情報の記録および再生が可能な光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】 光源から出射された光ビームの偏光方向を切り換えることなく、透過モードと反射モードとが切換え制御可能な光学素子１４を備え、該光学素子１４にて反射された光ビームの光路上に第１の対物レンズ１７ａを配置し、該光学素子１４を透過した光ビームの光路上に第２の対物レンズ１７ｂを配置する。第１の対物レンズ１７ａは、例えばＨＤ−ＤＶＤの記録および再生に最適化された対物レンズであり、第２の対物レンズ１７ｂは、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクの記録および再生に最適化された対物レンズである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光記録媒体に対する情報の記録および再生を行う光ピックアップ装置、特に複数の規格の光記録媒体に対する情報の記録および再生が可能な光ピックアップ装置、及び、光ディスクドライブに関する。

次世代のＤＶＤ規格としては、ＨＤ−ＤＶＤ規格とＢｌｕ−ｒａｙ規格との、２つの規格が存在する。このため、既に商品化されているＢｌｕ−ｒａｙディスクに加え、ＨＤ−ＤＶＤの商品化が実現すると、市場には２種類の異なる規格を有する光ディスクが普及することになる。従って、光ピックアップ装置および光ディスクドライブ装置には、これらの２種類の規格の光ディスクに対して、安定した記録再生を可能にする技術が求められている。

ところが、ＨＤ−ＤＶＤ規格とＢｌｕ−ｒａｙ規格とでは、使用光源の波長こそ４０５ｎｍと同一であるが、対物レンズ開口数と基板厚みとにおいて規定値が大きく異なる。すなわち、ＨＤ−ＤＶＤ規格においては、対物レンズ開口数は０．６５、基板厚みは０．６ｍｍと規定されているのに対し、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格においては、対物レンズ開口数が０．８５、基板厚みが０．１ｍｍと規定されている。

従来の、ＤＶＤとＣＤとの互換、あるいは、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクとＤＶＤとの互換は、対物レンズ開口数と基板厚みとがそれぞれ異なっていても、光源波長も同時に異なっていたため、波長選択型の互換素子を用いることにより実現可能であった。しかしながら、ＨＤ−ＤＶＤとＢｌｕ−ｒａｙディスクとでは、光源波長が同一であるため、波長選択型の互換素子を用いて互換性を実現することはできない。

ＨＤ−ＤＶＤとＢｌｕ−ｒａｙディスクとでは、上述したように、対物レンズ開口数と基板厚みとにおいて規定値が大きく異なるため、単一の対物レンズを用いて互換性を実現するのは困難である。そこで、ＨＤ−ＤＶＤとＢｌｕ−ｒａｙディスクとに対して、それぞれ専用の対物レンズを搭載し、これらの対物レンズを切り替えて使用することにより互換性を実現することが考えられる。複数の対物レンズを搭載し、これらの対物レンズを切り替えて使用する光ピックアップ装置としては、特許文献１、および、特許文献２に記載の光ピックアップ装置が知られている。

図８、および、図８は、ＨＤ−ＤＶＤとＢｌｕ−ｒａｙディスクとの互換が可能な従来の光ピックアップ装置を例示したものである。

まず、図８に示した光ピックアップ装置５０について説明する。図８（ａ）は光ピックアップ装置５０の側面図であり、図８（ｂ）は光ピックアップ装置５０の上面図である。

光ピックアップ装置５０における往路光学系は、光源５１、コリメートレンズ５２、偏光ビームスプリッタ５３、立上げミラー５４、球面収差補償素子５５、λ／４板５６、および、対物レンズ５７を含む。

単一波長の光源５１から出た光はコリメートレンズ５２で平行光束に変換された後、偏光ビームスプリッタ５３を透過し、立上げミラー５４に入射する。立上げミラー５４により光路を９０°変換された光は、球面収差補償素子５５およびλ／４板５６を透過して円偏光に変換された後、対物レンズ５７に入射する。そして、対物レンズ５７により集光された光ビームは、図示しないディスク基板上に照射される。

光ピックアップ装置５０における復路光学系は、上記偏光ビームスプリッタ５３、立上げミラー５４、球面収差補償素子５５、λ／４板５６、および、対物レンズ５７に加え、受光レンズ６０、および、光検出器６１を含む。

上記光ディスクにより反射された戻り光は、再び対物レンズ５７を透過し、λ／４板５６に入射する。そして、λ／４板５６により入射直線偏光に対して９０°偏光方向の異なる直線偏光に変換された後、球面収差補償素子５５を透過し、立上げミラー５４により反射される。立上げミラー５４により反射された戻り光は、図８（ｂ）に示したように、偏光ビームスプリッタ５３により光路を変えられ、受光レンズ６０へと導かれる。そして、受光レンズ６０により集光された戻り光は、光検出器６１に入射する。

上記光ピックアップ装置５０においては、上述した対物レンズ５７の他に、対物レンズ５７とは異なる開口数を有し、異なる基板厚みに最適化された対物レンズ５９がλ／４板５８とともに備えられている。対物レンズ５７および対物レンズ５９は、光ディスクの種類に応じて、切り替え可能であり、いずれか一方の対物レンズが立上げミラー５４の直上に位置するようになっている。

上記対物レンズの切り替えは、例えば図８（ｂ）に示したように、対物レンズ５７と対物レンズ５９とを対物レンズホルダに保持し、この対物レンズホルダを２つの対物レンズの中心を通る回転軸に関して１８０度回転することにより実現できる。あるいは、上記立上げミラー５４を、往路光学系において立上げミラー５４に入射する光ビームの光軸方向に平行移動することにより、反射光を入射させる対物レンズを切り替えるようにしても良い。

対物レンズ５７および対物レンズ５９は、それぞれλ／４板５６およびλ／４板５８と一体化されている。対物レンズ５７は、さらに、ディスク基板厚みの変化により発生する球面収差を補正する球面収差補償素子５５と一体化されている。

例えば、光源５１として波長４０５ｎｍの青紫色半導体レーザを用い、対物レンズ５７にはＨＤ−ＤＶＤ規格（開口数：０．６５、基板厚み：０．６ｍｍ）に最適化された対物レンズを、対物レンズ５９にはＢｌｕ−ｒａｙ規格（開口数：０．８５、基板厚み：０．１ｍｍ）に最適化された対物レンズを採用すれば良い。

次に、図９に示した他の光ピックアップ装置７０について説明する。図９（ａ）は光ピックアップ装置７０の側面図であり、図９（ｂ）は光ピックアップ装置７０の上面図である。

光ピックアップ装置７０における往路光学系は、光源７１、コリメートレンズ７２、偏光方向回転素子７３、偏光ビームスプリッタ７４、反射ミラー７５、立上げミラー７６、球面収差補償素子７７、λ／４板７８、および、対物レンズ７９が備えられている。またさらに、光ピックアップ装置７０には、上記立上げミラー７６、λ／４板７８、対物レンズ７９とは別に、立上げミラー８０、λ／４板８１、および、対物レンズ８２が備えられている。

光源７１は単一波長の直線偏光を出射する。出射光の偏光方向は、光軸に対して垂直な面内にあり、図９（ａ）および図９（ｂ）においては、出射光の光軸方向をｘ方向、出射光の偏光方向をｚ方向としている。

光源７１から出た偏光（Ｐ偏光）は、コリメートレンズ７２により平行光束に変換された後、偏光方向回転素子７３に入射する。偏光方向回転素子７３は、入射したＰ偏光をそのまま透過させるか、あるいは、偏光方向を光軸に対して９０度回転させてＳ偏光として出射するかを外部から制御できるようになっている。具体的には、偏光方向回転素子７３として、液晶素子やλ／２板を用いれば良い。

光源７１から出射される光ビームの光軸上には、偏光方向回転素子７３に引き続き、偏光ビームスプリッタ７４が配置されている。偏光ビームスプリッタ７４は、入射したＰ偏光をそのまま透過させるとともに、入射したＳ偏光を反射して、図示したｙ方向に導く反射面を備えている。このため、偏光方向回転素子７３を透過したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ７４をそのまま透過する一方、偏光方向回転素子７３により偏光方向を変えられたＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ７４により、図示したｙ方向へと反射される。

偏光ビームスプリッタ７４を透過したＰ偏光である光ビームは、反射ミラー７５により図示したｙ方向に反射され、立上げミラー７６に入射する。そして、光ビームは、さらに、立上げミラー７６により図示したｚ方向に反射され、対物レンズ７９へと導かれる。立上げミラー７６と対物レンズ７９との間には、球面収差補償素子７７およびλ／４板７８が設けられており、立上げミラー７６により反射されたＰ偏光である光ビームは、円偏光に変換されて対物レンズ７９に入射する。対物レンズ７９は、入射した光ビームを、図示しない光ディスクの基板上に集光する。

一方、偏光ビームスプリッタ７４により反射されたＳ偏光である光ビームは、立上げミラー８０により図示したｚ方向に反射され、上記対物レンズ７９とは異なる対物レンズ８２へと導かれる。立上げミラー８０と対物レンズ８２との間には、λ／４板８１が設けられている。このため、立上げミラー８０により反射されたＳ偏光である光ビームは、円偏光に変換されて対物レンズ８２に入射する。そして、対物レンズ８２は、入射した光ビームを、対物レンズ７９に対応した光ディスクとは異なる種類の光ディスクの基板上に集光する。

上記対物レンズ７９により集光され、光ディスクの記録層により反射された戻り光は、対物レンズ７９、λ／４板７８、球面収差補償素子７７、立上げミラー７６、反射ミラー７５、偏光ビームスプリッタ７４、および、受光レンズ８３からなる復路光学系を経て、光検出器８４に至る。

具体的には、光ディスクの記録層により反射された円偏光である戻り光は、対物レンズ７９により平行光束とされてλ／４板７８に入射する。そして、戻り光は、λ／４板７８の作用により、Ｓ偏光として反射ミラー７５に入射する。反射ミラー７５は、戻り光を反射し、偏光ビームスプリッタ７４へと導く。偏光ビームスプリッタ７４に設けられた反射面７４ａはＳ偏光を反射するので、偏光ビームスプリッタ７４に入射したＳ偏光である戻り光は、反射面７４ａにより反射され、受光レンズ８３に入射する。さらに受光レンズ８３により集光された戻り光は、光検出器８４に入射する。

一方、上記対物レンズ８２により集光され、光ディスクの記録層により反射された戻り光は、対物レンズ８２、λ／４板８１、立上げミラー８０、偏光ビームスプリッタ７４、および、受光レンズ８３からなる復路光学系を経て、光検出器８４に至る。

具体的には、光ディスクの記録層により反射された円偏光である戻り光は、対物レンズ８２により平行光束とされてλ／４板８１に入射する。そして、戻り光は、λ／４板７８の作用により、Ｐ偏光として偏光ビームスプリッタ７４に入射する。偏光ビームスプリッタ７４に設けられた上記反射面７４ａはＰ偏光を透過するので、偏光ビームスプリッタ７４に入射したＰ偏光である戻り光は、反射面７４ａを透過し、受光レンズ８３に入射する。さらに受光レンズ８３により集光された戻り光は、光検出器８４に入射する。

上記光ピックアップ装置７０では、偏光方向回転素子７３により偏光方向を操作することにより、利用する対物レンズを切換えることが可能となっている。
特開平９−１７００３号公報（１９９７年１月１７日公開） 特開平９−１５３２２９号公報（１９９７年６月１０日公開）

しかしながら、従来の光ピックアップ装置においては、光ビームを入射させる対物レンズの切換えを機械的な機構により実現するため、装置の大型化や切換え速度の低下を招来するという課題があった。

上記課題に関して、さらに具体的に説明すれば以下の通りである。

すなわち、従来の光ピックアップ装置５０のように、対物レンズの切換えを機械的に行う光ピックアップ装置においては、対物レンズホルダを回転させることによって対物レンズの切換えを行う機構、あるいは、立上げミラーの位置を切換える機構を設ける必要があった。このため、装置が大型化し、さらに、切換え速度も遅いという問題があった。また、機械的に対物レンズの切換えを行う光ピックアップ装置においては、上述のような可動部を設けることが避けられず、このため、光軸の傾き精度を高精度に維持することが困難であるという問題があった。

また、従来の光ピックアップ装置７０のように、偏光方向回転素子を用いて対物レンズの切換えを行う光ピックアップ装置においては、対物レンズの周囲に、ビームスプリッターや反射ミラーを複数配置する必要がある。このため、反射面数が増えるに従い、光軸の傾き精度が悪化していく傾向がある。さらには、光検出器を含む検出光学系まで配置する必要があるため、装置も大型化してしまう。偏光方向回転素子としては、液晶素子やλ／２板を利用できるが、どちらの場合も、切換え速度は遅い。特に、液晶素子は、光ピックアップ装置に用いた場合の耐環境性能が悪く、特性変化が大きいという問題がある。また、λ／２板を用いる場合は、該λ／２板を、光路中に出し入れ、あるいは、回転させるための可動機構が必要になる。従って、光ピックアップ装置５０と同様の問題が生じていた。

上記課題を解決するために、本発明に係る光ピックアップ装置は、特定の波長を有する光ビームの光軸上に配置され、上記光ビームを透過する透過モードと上記光ビームを反射する反射モードとを、光ビームの偏光方向を切り換えることなく切換え制御可能な光学素子と、上記光学素子により反射された反射光の光路上に配置され、上記反射光を第１の光記録媒体の記録層上に集光する第１の対物レンズと、上記光学素子を透過した透過光の光路上に配置され、上記透過光を第２の光記録媒体の記録層上に集光する第２の対物レンズとを備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、上記光学素子を反射モードに制御することにより第１の対物レンズを用いて光ビームを集光し、上記光学素子を透過モードに制御にすることにより第２の対物レンズを用いて光ビームを集光することが可能になる。このため、好適に利用できる対物レンズが異なる二つの光記録媒体（第１の光記録媒体および第２の光記録媒体）に対して互換性を有する光ピックアップ装置を実現できるという効果を奏する。

また、上記構成よれば、上記２つの対物レンズにより集光される光ビームの波長は同一であるから、同一波長の光ビームにより情報の記録あるいは再生が行われる光記録媒体に対する互換性を実現できるという効果を奏する。

また、上記構成によれば、上記２つの対物レンズを切換えるために光ビームの偏光方向を切換えることがないので、上記光ピックアップ装置は、光ビームの偏光方向を切換えるために必要な、λ／２板を出し入れするための可動部、あるいは、液晶素子を必要としない。このため、装置の大型化、光軸の傾き精度の悪化、あるいは、対環境性能の悪化を招来することなく、上述した対物レンズの切換えを実現できるという効果を奏する。

本発明に係る光ピックアップ装置においては、上記光学素子は上記特定の波長の光を選択的に反射する波長選択素子であって、電圧が印加されたとき上記特定の光ビームを透過する透過モードに制御される波長選択素子であることが好ましい。

上記構成によれば、上記光学素子に電圧を印加することにより、上記光学素子の透過モードと反射モードとを自由に制御できる。すなわち、上記光学素子に電圧を印加することにより、二つの対物レンズを切換え制御できる。このため、光ピックアップ装置に可動部を設けることなく、対物レンズの切り替えを実現できる。従って、上記構成によれば、小型で信頼性の高い光ピックアップ装置を提供できる。

本発明に係る光ピックアップ装置の上記光学素子は、導波モード共鳴格子素子であることが好ましい。

導波モード共鳴格子素子においては、数ＭＨｚから数十ＭＨｚ程度のスイッチング速度で透過モードと反射モードの切り替え制御が可能である。また、導波モード共鳴格子素子の反射特性は温度依存性が小さい。このため、上記構成によれば、従来の光ピックアップ装置と比べ、より高速な光路の切換えが可能な光ピックアップ装置を実現できる。また、上記構成によれば、温度変化に対して安定な光ピックアップ装置を実現できる。

本発明に係る光ピックアップ装置の上記第１の対物レンズは、開口数が０．６５であることが好ましい。

上記構成によれば、ＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体に好適な光ピックアップ装置を提供できる。

本発明に係る光ピックアップ装置の上記第１の対物レンズは、厚み０．６ｍｍの基板を備えた光記録媒体の記録層上に光ビームを集光するとき、集光スポットにおける球面収差の発生量が最小になるよう設計された対物レンズであることが好ましい。

上記構成によれば、ＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体にさらに好適な光ピックアップ装置を提供できる。

本発明に係る光ピックアップ装置の上記第２の対物レンズは、開口数が０．８５であることが好ましい。
上記構成によれば、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の光記録媒体に好適な光ピックアップ装置を提供できる。

本発明に係る光ピックアップ装置の上記第２の対物レンズは、厚み０．１ｍｍの基板を備えた光記録媒体の記録層上に光ビームを集光するとき、集光スポットにおける球面収差の発生量が最小になるよう設計された対物レンズであることが好ましい。

上記構成によれば、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格の光記録媒体にさらに好適な光ピックアップ装置を提供できる。

本発明に係る光ピックアップ装置においては、上記特定の波長は３８０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下であることが好ましい。

上記構成によれば、ＨＤ−ＤＶＤ規格の光記録媒体とＢｌｕ−ｒａｙ規格の光記録媒体との双方に好適な光ピックアップ装置を提供できる。

本発明に係る光ピックアップ装置は、上記特定の波長を有する光ビームを出射する第１の光源と、上記第１の光源から出射され、上記第１の対物レンズにより集光されて第１の光記録媒体の記録層で反射された戻り光と、上記第１の光源から出射され、上記第２の対物レンズにより集光されて第２の光記録媒体の記録層で反射された戻り光と、を受光するための第１の光検出器と、を備えていることが好ましい。

上記構成によれば、単一の光源で、情報を記録あるいは再生するために必要な光ビームの波長が異なる二つの光記録媒体（第１の光記録媒体および第２の光記録媒体）に対して互換性を有する光ピックアップ装置を実現できるという効果を奏する。

本発明に係る光ピックアップ装置は、上記特定の波長とは異なる波長を有する光ビームを出射する第２の光源と、上記第２の光源から出射され、上記第１の対物レンズで集光されて第３の光記録媒体の記録層で反射された戻り光を受光するための第２の光検出器と、をさらに備えていることが好ましい。

上記構成によれば、上記特定の波長の光ビームにより情報が記録あるいは再生される光記録媒体に加え、さらに異なる波長を有する光ビームにより情報が記録あるいは再生される光記録媒体に対応した光ピックアップ装置を提供できる。例えば、ＨＤ−ＤＶＤ規格およびＢｌｕ−ｒａｙ規格の光記録媒体に加え、ＣＤ規格あるいはＤＶＤ規格の光記録媒体に対しても互換性を有する光ピックアップ装置を提供できる。

本発明に係る光ピックアップ装置においては、光源と光検出器が一体化されていることが好ましい。

上記構成によれば、組み立てが容易で、より小型な光ピックアップ装置が提供できる。

本発明に係る光ディスクドライブにおいては、上記光ピックアップを具備するとともに、上記光学素子に電圧を印加し、透過モードと反射モードとを切換え制御する制御回路を備えていることが好ましい。

上記構成によれば、記録あるいは再生しようとする光記録媒体の種類に応じて使用する対物レンズを自動的に切換えることが可能になる。

本発明に係る光ピックアップ装置は、以上のように、特定の波長を有する光ビームの光軸上に配置され、上記光ビームを透過する透過モードと上記光ビームを反射する反射モードとを、光ビームの偏光方向を切り換えることなく切換え制御可能な光学素子と、上記光学素子により反射された反射光の光路上に配置され、上記反射光を第１の光記録媒体の記録層上に集光する第１の対物レンズと、上記光学素子を透過した透過光の光路上に配置され、上記透過光を第２の光記録媒体の記録層上に集光する第２の対物レンズとを備えていることを特徴としているので、同一波長の光ビームを要求する異なる光記録媒体の互換性を、装置の大型化や精度の悪化を招来することなく実現することが可能になる。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について、図１〜５に基づいて説明すれば以下の通りである。

本発明の光ピックアップ装置について、図１に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置１の側面図であり、図１（ｂ）は光ピックアップ装置１の上面図である。光ピックアップ装置１は、図１（ａ）（ｂ）に示したように、光源１１、コリメートレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１３、光路切換え素子１４（光学素子）、球面収差補償素子１５、λ／４板１６ａ、λ／４板１６ｂ、対物レンズ１７ａ（第１の対物レンズ）、対物レンズ１７ｂ（第２の対物レンズ）、立上げミラー１８、受光レンズ１９、および、光検出器２０を備えている。

はじめに、光ピックアップ装置１の上記各構成要素について、光源１から出射される光の光路に沿って説明する。

光源１は特定の波長の光を発する光源である。具体的には、青紫色半導体レーザであり、波長４０５ｎｍの光を放射する。

光源１から放射された光はコリメートレンズ１２により平行光束（光ビーム）に変換される。図１（ａ）および図１（ｂ）では、この光ビームの光軸方向をｘ軸方向としている。また、この光ビームは、光軸に対して垂直な面内に偏光方向を有する直線偏光（Ｐ偏光）である。図１（ａ）および図１（ｂ）では、この偏光方向をｚ軸としている。

コリメートレンズ１２から出射した光ビームの光軸Ｌ１上には、偏光ビームスプリッタ１３が配置されている。偏光ビームスプリッタ１３は、Ｐ偏光を透過する一方、Ｓ偏光を反射する機能面１３ａを備えている。このため、偏光ビームスプリッタ１３は、コリメートレンズ１２から射出されたＰ偏光である光ビームを透過する一方、Ｓ偏光である後述の戻り光を反射して光検出器２０へと導く。

偏光ビームスプリッタ１３を透過した光ビームは、光路切換え素子１４に入射する。光路切換え素子１４は、後述するように、入射した光ビームを透過する透過モードと、入射した光ビームを反射する反射モードとを切換え制御可能な光学素子である。図１（ａ）に示すように、光路切換え素子１４は、反射面を有する板状に形成されており、該反射面が光ビームの光軸Ｌ１と４５度をなすように配置されている。このため、反射モードにある光路切換え素子１４に入射した光ビームは、光路切換え素子１４にて反射され、図示したｚ軸方向に、光路を９０度変える。

光路切換え素子１４により反射された反射光の光路上には、さらに、球面収差補正素子１５、λ／４板１６ａ、および、対物レンズ１７ａが設けられている。光路切換え素子１４に反射された反射光は、球面収差補償素子１５を透過して、λ／４板１６ａに入射する。そして、λ／４板１６ａの作用により円偏光にされた光ビームは、対物レンズ１７ａにより、光ディスクなどの光記録媒体の記録層上に集光される。具体的には、対物レンズ１７ａにより、光ディスク１５０の記録層１５１上に集光される。以下、光記録媒体として光ディスクを例に挙げて説明する。

光ディスクの記録層により反射された円偏光である前記戻り光は、対物レンズ１７ａにより平行光束とされてλ／４板１６ａに入射する。そして、λ／４板１６ａの作用によりＳ偏光となった戻り光が、光路切換え素子１４に入射する。

光路切換え素子１４の反射モードは偏光方向に依存しないので、光路切換え素子１４は戻り光を反射し、偏光ビームスプリッタ１３へと導く。偏光ビームスプリッタ１３に設けられた上記機能面１３ａは、上述の通りＳ偏光を反射する。従って、偏光ビームスプリッタ７４に入射したＳ偏光である戻り光は、この機能面１３ａにより反射され、受光レンズ１９に入射する。そして、受光レンズ１９により集光された戻り光は、光検出器２０に入射する。

一方、透過モードにある光路切換え素子１４を透過した透過光の光路上には、さらに、立上げミラー１８、λ／４板１６ｂ、および、対物レンズ１７ｂが設けられている。

図１（ａ）に示したように、立上げミラー１８は、反射面１８ａが上述した光路切換え素子１４の反射面と平行になるよう配置されている。このため、光路切換え素子１４を透過した光ビームは立上げミラー１８にて反射され、図示したｚ軸方向に、光路を９０度変える。

立上げミラー１８により反射された反射光は、さらに、λ／４板１６ｂの作用により円偏光となって、対物レンズ１７ｂに入射する。対物レンズ１７ｂは光ディスク１４０の記録層１４１上に光ビームを集光する。

光ディスクの記録層により反射された円偏光である戻り光は、対物レンズ１７ｂにより平行光束とされてλ／４板１６ｂに入射する。そして、戻り光は、λ／４板１６ｂの作用により、Ｓ偏光として光路切換え素子１４に入射する。

光路切換え素子１４の透過モードは偏光方向に依存しないので、光路切換え素子１４は戻り光を透過して偏光ビームスプリッタ１３へと導く。偏光ビームスプリッタ１３に設けられた機能面１３ａは、上述の通りＳ偏光を反射する。従って、偏光ビームスプリッタ７４に入射したＳ偏光である戻り光は、この機能面１３ａにより反射され、受光レンズ１９に入射する。そして、受光レンズ１９により集光された戻り光は、光検出器２０に入射する。

このように、光路切換え素子１４にて反射された反射光の光路上に対物レンズ１７ａを配置し、また、光路切換え素子１４を透過した透過光の光路上に対物レンズ１７ｂを配置したことにより、光路切換え素子１４の反射モードと透過モードとを切り替えることによって、対物レンズ１７ａと対物レンズ１７ｂとの切換えが実現できる。

なお、上記対物レンズ１７ａは、ＨＤ−ＤＶＤに最適化された対物レンズとすることが可能である。すなわち、開口数０．６５ｍｍの対物レンズであり、厚さ０．６ｍｍの基板を透過させて光ビームを記録層に集光するとき、集光スポットにおける球面収差が最小になるよう設計された対物レンズとすることができる。

一方、上記対物レンズ１７ｂは、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクに最適化された対物レンズとすることができる。すなわち、開口数０．８５ｍｍの対物レンズであり、厚さ０．１ｍｍの基板を透過させて光ビームを記録層に集光するとき、集光スポットにおける球面収差が最小になるよう設計された対物レンズとすることができる。

このように対物レンズを選択することで、光路切換え素子１４が反射モードにあるとき、ＨＤ−ＤＶＤの記録および再生に好適であり、光路切換え素子が透過モードにあるとき、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクの記録および再生に好適である、光ピックアップ装置を実現することができる。

上記光路切換え素子１４として、特定の波長領域の光を選択的に反射する波長選択素子であって、電圧を印加して反射波長領域を制御できる波長選択素子を用いることができる。

より具体的には、上記光路切換え素子１４として、導波モード共鳴格子素子を用いることが可能である。導波モード共鳴格子素子は、特定波長の光に対して大きい反射率を示し、特定波長以外の波長の光を透過することを特徴とする素子である。また、後述するように、導波モード共鳴格子素子に電圧を印加することにより、該素子が選択的に反射する波長領域を変化させることが可能である。

図２は導波モード共鳴格子素子の断面図であり、該素子の構成を示している。図２に示したように、上記光路切換え素子１４として機能する導波モード共鳴格子素子３０は、格子層３１、導波路層３２、基板３３を備えている。

より具体的には、導波モード共鳴格子素子３０は、サファイア等の透明部材で形成された基板３３上に、ＰＬＺＴ（チタン酸ランタン酸ジルコン酸鉛）の導波路層３２を設け、さらにその上に棒状の透明電極を周期的に配置してなる格子層３１を設けることにより形成されている。導波路層３２の厚みｃは１３０ｎｍ、格子層３１の格子高さｂは５０ｎｍ、格子ピッチａは３６０ｎｍとしている。また、基板３３の屈折率は１．７６、導波路層３２の屈折率は２．５４、格子層３１を形成する透明電極の屈折率は２．０７である。

上記導波モード共鳴格子素子３０の反射率特性を図３に示す。図３におけるグラフの横軸は入射波の波長、縦軸は反射率である。実線で示すように、導波モード共鳴格子素子３０は、特定の波長λ１において１００％に近い反射率を示す一方、それ以外の波長の入射波については、ほとんど反射せずに透過する。ここで、ピークの半値幅ｄは、格子構成により変化させることが可能であり、１ｎｍ程度の急峻な素子から１０ｎｍ以上のブロードな素子まで形成可能である。

次に、導波モード共鳴格子素子３０における透過モードと反射モードとの切換え制御について説明する。図３に示したように、導波モード共鳴格子素子３０は特定の波長λ１を有する入射光を選択的に反射する。すなわち、導波モード共鳴格子素子３０は、波長λ１の入射光に対して、該入射光を反射する反射モードにある。

一方、導波モード共鳴格子素子３０の透過モードは、格子層１１を構成する格子電極に電圧を印加することにより実現される。図４に示したように、格子電極に交互に正負の電圧を印加すると、導波路３２内に矢印で示した電場ができる。導波路３２であるＰＬＺＴは電気光学効果を有するため、上記電場により導波路３２の屈折率が変化する。そして、この導波路３２の屈折率変化に基づいて、導波路３２内での共振モードが変化し、導波モード共鳴格子素子３０が選択的に反射する反射波長がシフトする。

図５は、上記電圧を印加した状態の導波モード共鳴格子素子３０の反射特性を示すグラフである。導波モード共鳴格子素子３０における反射率特性のピークは急峻であるため、反射波長がλ２にシフトした状態では、波長λ１を有する入射光は導波モード共鳴格子素子を透過する。すなわち、導波モード共鳴格子素子３０は、格子電極に電圧が印加されたとき、波長λ１の入射光に対して、該入射光を透過する透過モードにある。

導波モード共鳴格子素子３０の上記特性により、該素子の透過モードと反射モードとの切換え制御が可能になる。すなわち、電圧を印加することにより導波モード共鳴格子素子３０を透過モードに制御し、また、電圧印加を中止することにより導波モード共鳴格子素子３０を反射モードに制御することができる。すなわち、電圧のオン・オフにより、透過モードと反射モードとを高い効率で切換えることができる。

また、導波モード共鳴格子素子３０における透過モードと反射モードとの切換えは、数ＭＨｚから数十ＭＨｚ程度のスイッチング速度で実現することができる。このため、液晶素子による光ビームの偏光方向の切換えや機械駆動による対物レンズの切換え、あるいは、立上げミラーの切換え方式と比べ、高速な光路の切換えが実現できる。また、導波モード共鳴格子素子３０の反射特性は温度依存性が小さいため、温度変化に対しても安定した光路の切換えが実現できる。

なお、上記説明においては、光源１は青紫色半導体レーザであり、波長４０５ｎｍの光を放射するものとした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、当該光ピックアップ装置を用いて記録再生する光記録媒体の種類に応じて適宜設定することが可能である。ＨＤ−ＤＶＤおよびＢｌｕ−ｒａｙディスクに対して情報の記録を行う場合、光源１から出射する光ビームの波長は、３８０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下とすると好適である。

本実施の形態に係る光ピックアップ装置１は、光ディスクドライブ装置に搭載することが可能である。図６は、光ピックアップ装置１を搭載した光ディスクドライブ４０の概略構成を示すブロック図である。

光ディスクドライブ装置４０は、図６に示すように、光ディスクに対して情報の記録再生を行う光ピックアップ装置１の他に、光ディスクを回転駆動するスピンドルモータ４１と、光ピックアップ装置１およびスピンドルモータ４１の回転制御を行う駆動制御部４２とを備えている。

上記駆動制御部４２は、上記スピンドルモータ４１の駆動制御を行うスピンドルモータ駆動回路、対物レンズ１７ａおよび１７ｂを各々フォーカス方向（すなわち、光ディスクに入射する光ビームの光軸方向であり、図１に示したｚ軸方向）に移動させるフォーカス・アクチュエータの駆動制御を行うフォーカス駆動回路、対物レンズ１７ａおよび１７ｂをラジアル方向（すなわち、光ディスクの動径方向であって、図１に示したｘ軸方向）に移動させるトラッキング・アクチュエータの駆動制御を行うトラッキング駆動回路を有するとともに、上記光ピックアップ装置１から得られた信号から上記の各制御回路への制御信号を生成するための制御信号生成回路、上記光ピックアップ装置１から得られた信号から光ディスクに記録されている情報を再生し、再生信号を生成するための情報再生回路を有している。さらに、上記駆動制御部４２は、記録再生する光ディスクの種類を判定し、判定した結果に基づいて使用する対物レンズを切り替えるよう、光路切換え素子１４を制御する対物レンズ切換え回路４３（制御回路）を備えている。

上記構成により、光ディスクドライブ装置４０は、記録再生する光ディスクの種類に応じて、使用する対物レンズをより好適な対物レンズに自動的に切り替えて、光ディスクに対する情報の記録あるいは再生を行うことが可能になる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について、図７（ａ）および図７（ｂ）に基づいて説明すれば以下の通りである。

図７（ａ）は本実施の形態に係る光ピックアップ装置１００の側面図、図７（ｂ）は該光ピックアップ装置１００の上面図である。光ピックアップ装置１００は、ＨＤ−ＤＶＤおよびＢｌｕ−ｒａｙディスクに加え、さらにＣＤおよびＤＶＤにも対応する。

図７（ａ）（ｂ）とに示したように、光ピックアップ装置１００は、光集積モジュール１１０、１２０、波長選択ビームスプリッタ１０１、コリメートレンズ１０２、λ／４板１０３、光路切換え素子１０４、立上げミラー１０５、対物レンズ１０６（第２の対物レンズ）、対物レンズ１０７（第１の対物レンズ）、および、球面収差補償素子１０８を備えている。

光集積モジュール１１０には、２種類の波長の光を放射可能な光源１１１と光記録媒体に反射された戻り光を受光する光検出器１１２とが、導光素子１１３とともに、集積されている。導光素子１１３は、光源１１１から出射された光を透過するとともに、光集積モジュール１１０に入射する戻り光を光検出器１１２へと導く。このため、光集積モジュール１１０は、出射光と同一の光軸を有する戻り光を光検出器１２０で受光できる。上記２種類の波長は、ＤＶＤに対応した６５５ｎｍと、ＣＤに対応した７８５ｎｍとに設定されている。

光集積モジュール１１０から出射された光は、波長選択ビームスプリッタ１０１に入射する。波長選択ビームスプリッタ１０１は、光集積ユニット１１０から射出される光の波長（６５５ｎｍおよび７８５ｎｍ）を含む特定の波長領域の入射波を選択的に反射する反射面１０１ａを有しており、光集積ユニット１１０から出射された光を図示したｘ方向へと反射する。なお、ｘ方向は、光集積モジュール１２０から出射される光の光軸の方向に一致している。

波長選択ビームスプリッタ１０１により反射された反射光は、コリメートレンズ１０２により平行光束（光ビーム）にされて、λ／４板１０３に入射する。λ／４板１０３は、光軸に対して垂直な面内に偏光方向を有する直線偏光（Ｐ偏光）である入射光を円偏光に変換して出射する。

λ／４板１０３から出射された光ビームは、光路切換え素子１０４に入射する。光路切換え素子１０４は、波長４０５ｎｍの入射光を選択的に反射する導波モード共鳴格子素子である。このため、光集積モジュールから射出された光（波長６５５ｎｍおよび７８５ｎｍ）は、光路切換え素子１０４を透過する。

光路切換え素子１０４を透過した光ビームは、立上げミラー１０５により反射されて光路を９０度変え、対物レンズ１０７へ入射する。対物レンズ１０７は、ＣＤ、ＤＶＤ、および、ＨＤ−ＤＶＤに最適化された対物レンズである。このため、対物レンズ１０７は、光ビームを光記録媒体１４０（ＣＤあるいはＤＶＤ）の記録層１４１上に収差無く集光する。記録層１４１で反射された戻り光は、上記往路光学系を逆に辿り、光集積モジュール１１０に入射する。

もう一方の光集積モジュール１２０には、特定の波長の光を放射可能な光源１２１と光記録媒体に反射された戻り光を受光する光検出器１２２とが、導光素子１２３とともに集積されている。ここで、上記特定の波長は、Ｂｌｕ−ｒａｙディスク、及び、ＨＤ−ＤＶＤに対応した４０５ｎｍに設定されている。

光集積モジュール１２０から上記ｘ方向に出射された光は、球面収差補償素子１０８を透過して、波長選択ビームスプリッタ１０１に入射する。波長選択ビームスプリッタ１０１は、上述したように光集積ユニット１１０から射出される光の波長（６５５ｎｍおよび７８５ｎｍ）を含む特定の波長領域の入射波を選択的に反射する反射面１０１ａを有している。しかしながら、波長４０５ｎｍは上記波長領域に含まれないため、光集積ユニット１２０から出射された光は、波長選択ビームスプリッタ１０１をそのまま透過する。

波長選択ビームスプリッタ１０１を透過した光は、コリメートレンズ１０２により平行光束（光ビーム）にされて、λ／４板１０３に入射する。λ／４板１０３は、光軸に対して垂直な面内に偏光方向を有する直線偏光（Ｐ偏光）である入射光を円偏光に変換して出射する。

λ／４板１０３から出射された光ビームは、光路切換え素子１０４に入射する。光路切換え素子１０４は、透過モードにあるとき、入射した光ビームをそのまま透過し、反射モードにあるとき、入射した光ビームを図示したｚ軸方向に反射する。なお、ｚ軸方向は、上記ｘ軸方向に垂直であり、かつ、対物レンズ１０６，１０７のフォーカス方向に一致している。

光路切換え素子１０４を透過した透過光は、立上げミラー１０５により反射されて光路を９０度変え、対物レンズ１０７へ入射する。対物レンズ１０７はＨＤ−ＤＶＤにも最適化された対物レンズである。このため、対物レンズ１０７は、光ビームを光記録媒体１４０（ＨＤ−ＤＶＤ）の記録層１４１上に収差無く集光する。記録層１４１で反射された戻り光は、上記往路光学系を逆に辿り、光集積モジュール１２０に入射する。

一方、光路切換え素子１０４により反射された反射光は、対物レンズ１０６へ入射する。対物レンズ１０６は、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクに最適化された対物レンズである。従って、対物レンズ１０６は、光ビームを光記録媒体１５０（Ｂｌｕ−ｒａｙディスク）の記録層１５１上に収差無く集光する。記録層１５１で反射された戻り光は、上記往路光学系を逆に辿り、光集積モジュール１２０に入射する。

光ピックアップ装置１００は、上記構成を備えたことにより、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ−ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクの４種類の規格の光ディスクに対して情報の記録再生が行える。すなわち、光ピックアップ装置１００は、光集積モジュール１１０から７８５ｎｍの光ビームを射出することによりＣＤに対応する。また、光集積モジュール１００は、光集積モジュール１１０から６５５ｎｍの光ビームを射出することによりＣＤに対応する。また、光ピックアップ装置１００は、光集積モジュール１２０から４０５ｎｍの光ビームを出射し、かつ、光路切換え素子１０４を透過モードに制御することでＨＤ−ＤＶＤに対応する。また、光ピックアップ装置１００は、光集積モジュール１２０から４０５ｎｍの光ビームを出射し、かつ、光路切換え素子１０４を反射モードに制御することでＢｌｕ−ｒａｙディスクに対応する。そして、光路切換え可能な素子１０４により、可動部レスで対物レンズを選択可能となるため、複数の規格の光記録媒体への対応が可能であるにも関わらず、小型の光ピックアップ装置を提供することが可能となる。さらに、高精度を維持しながら、高速で光路切換えが可能であり、高信頼性も有する。

なお、光ピックアップ装置１００においては、光源、光検出器、および、導光素子が一体化された光集積モジュールを採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらを個別に搭載した光ピックアップ装置に対しても適用可能である。

また、光ディスクドライブ装置１００は、当該光ピックアップ装置１００の他に、光記録媒体を回転駆動するスピンドルモータと、光ピックアップ装置およびスピンドルモータの回転制御を行う駆動制御部とを備えた光ディスクドライブに搭載することが可能である。さらに、上記駆動制御部に、記録再生する光記録媒体の種類を判定し、判定した結果に基づいて使用する対物レンズを切り替えるよう、光路切換え素子１０４を制御する対物レンズ切換え回路を備えたことで、記録再生する光記録媒体に種類に応じて、使用する対物レンズを自動的に切り替える光ディスクドライブを実現することができる。

本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項で示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る光ピックアップ装置は、単一の波長に対応した異なる光記録媒体、例えば、ＨＤ−ＤＶＤとＢｌｕ−ｒａｙディスク、に対して互換性を有する光ピックアップ装置に適用できる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る光ピックアップ装置の側面図であり、（ｂ）はその光ピックアップ装置の上面図である。 導波モード共鳴格子素子の構成を示す断面図である。 導波モード共鳴格子素子の光波長に対する反射率特性を表すグラフである。 導波モード共鳴格子素子の格子電極に電圧を印加した状態を示す説明図である。 格子電極に電圧を印加した状態の導波モード共鳴格子素子の反射率特性を示すグラフである。 図１（ａ）（ｂ）の光ピックアップ装置を搭載した光ディスクドライブの概略構成を示すブロック図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態に係る光ピックアップ装置の側面図、（ｂ）はその光ピックアップ装置の上面図である。 （ａ）は従来の光ピックアップ装置の側面図であり、（ｂ）はその光ピックアップ装置の上面図である。 （ａ）は従来の光ピックアップ装置の側面図であり、（ｂ）はその光ピックアップ装置の上面図である。

符号の説明

１ 光ピックアップ装置
１１ 光源
１２ コリメートレンズ
１３ 偏光ビームスプリッタ
１４ 光路切換え素子（光学素子）
１５ 球面収差補償素子
１６ａ，１６ｂ λ／４板
１７ａ，１７ｂ 対物レンズ
１８ 立上げミラー
１９ 受光レンズ
２０ 受光素子（光検出器）
３０ 導波モード共鳴格子素子（光学素子）
４０ 光ディスクドライブ
４１ スピンドルモータ
４２ 駆動制御部
４３ 対物レンズ切換え回路（制御回路）
１４０ 光ディスク（第２の光記録媒体）
１５０ 光ディスク（第１の光記録媒体）
１４１、１５１ 記録層

Claims (15)

1. 特定の波長を有する光ビームの光軸上に配置され、上記光ビームを透過する透過モードと上記光ビームを反射する反射モードとを、光ビームの偏光方向を切り換えることなく切換え制御可能な光学素子と、
   上記光学素子により反射された反射光の光路上に配置され、上記反射光を第１の光記録媒体の記録層上に集光する第１の対物レンズと、
   上記光学素子を透過した透過光の光路上に配置され、上記透過光を第２の光記録媒体の記録層上に集光する第２の対物レンズとを備えたことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 上記光学素子は上記特定の波長の光を選択的に反射する波長選択素子であって、電圧が印加されたとき上記特定の光ビームを透過する透過モードに制御される波長選択素子であ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. 上記光学素子は、導波モード共鳴格子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. 上記第１の対物レンズは、開口数が０．６５であることを特徴とする請求項１から３のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
5. 上記第１の対物レンズは、厚み０．６ｍｍの基板を備えた光記録媒体の記録層上に光ビームを集光するとき、集光スポットにおける球面収差の発生量が最小になるよう設計された対物レンズであることを特徴とする請求項１から４のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
6. 上記第２の対物レンズは、開口数が０．８５であることを特徴とする請求項１から５のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
7. 上記第２の対物レンズは、厚み０．１ｍｍの基板を備えた光記録媒体の記録層上に光ビームを集光するとき、集光スポットにおける球面収差の発生量が最小になるよう設計された対物レンズであることを特徴とする請求項１から６のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
8. 上記特定の波長は３８０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
9. 上記特定の波長を有する光ビームを出射する第１の光源と、
   上記第１の光源から出射され、上記第１の対物レンズにより集光されて上記第１の光記録媒体の記録層で反射された戻り光と、上記第１の光源から出射され、上記第２の対物レンズにより集光されて上記第２の光記録媒体の記録層で反射された戻り光とを受光するための第１の光検出器と、を備えたことを特徴とする請求項１から８のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置。
10. 上記第１の光源と上記第１の光検出器は一体化されていることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
11. 上記特定の波長とは異なる波長を有する光ビームを出射する第２の光源と、
    上記第２の光源から出射され、上記第１の対物レンズで集光されて第３の光記録媒体の記録層で反射された戻り光を受光するための第２の光検出器とをさらに備えたことを特徴とする請求項９または１０に記載の光ピックアップ装置。
12. 上記第２の光源と上記第２の光検出器は一体化されていることを特徴とする請求項１１に記載の光ピックアップ装置。
13. 請求項１から１２のうち何れか一項に記載の光ピックアップ装置を具備することを特徴とする光ディスクドライブ。
14. 上記光学素子に電圧を印加し、透過モードと反射モードとを切換え制御する制御回路を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の光ディスクドライブ。
15. 特定の波長を有する光ビームの光軸上に配置され、上記光ビームを透過する透過モードと上記光ビームを反射する反射モードとを、光ビームの偏光方向を切り換えることなく切換え制御可能な光学素子と、
    上記光学素子により反射された反射光の光路上に配置され、上記反射光を第１の光記録媒体の記録層上に集光する第１の対物レンズと、
    上記光学素子を透過した透過光の光路上に配置され、上記透過光を第２の光記録媒体の記録層上に集光する第２の対物レンズとを備えた光ピックアップ装置において、上記光ビームを集光する対物レンズを切換える対物レンズ切換え方法であって、
    上記光学素子に電圧を印加することにより、上記光学素子を透過状態に制御することを特徴とする対物レンズ切換え方法。

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