JP2007188577A - 光ピックアップおよび当該光ピックアップを備えた光情報記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる波長を有する複数の光ビームに適応し、小型化が容易な光ピックアップを提供する。
【解決手段】本発明の光ピックアップは、相互に波長の異なる第１、第２、および第３の光ビームを含む複数の光ビームを放射する少なくとも１つのレーザチップ１と、レーザチップ１から放射された光ビームを光情報記憶媒体に集光するレンズ８と、光情報記憶媒体によって反射された光ビームの少なくとも一部を受け、電気信号に変換する光検出器群３と、レーザチップ１から光情報記憶媒体までの往路と光情報記憶媒体から光検出器群３までの復路との間の共通部分に配置される波長板６とを備えている。波長板６は、第１および第２の光ビームに対して往路で直線偏光を円偏光に変換するとともに、復路では円偏光を前記往路における直線偏光の偏光方向に直交する方向に偏光した直線偏光に変換する。波長板６は、第３の光ビームに対しては、直線偏光で往復透過させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長の異なる複数種類の光ビームで光ディスクにアクセスする光ピックアップ当該光ピックアップを備えた光情報記憶装置に関する。

光ディスク等の光情報記憶媒体を用いる光情報記録分野においては、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤのように記録密度、記録容量、基材厚などの仕様が異なる複数の規格に従って多様な光情報記憶媒体が使用されている。光ディスクにデータを記録し、あるいは光ディスクからデータを再生するためのインターフェースとして、光ディスク装置では「光ピックアップ」が用いられるが、この光ピックアップには、光ディスクを照射するためのレーザ光を放射する光源、レーザ光を光ディスク上に集束させるための対物レンズ、対物レンズの位置を調整するアクチュエータ、光ディスクから反射された光を検出する光検出器などが搭載されている。

近年、上述したように多様な光ディスクが普及してきたため、１台の光ディスク装置で多様な光情報記録媒に対応することが求められている。１台で規格の異なる光ディスクに対応するには、１つの光ピックアップ内に波長の異なる複数の光源および各光源に応じた光学系を搭載し、光ディスクの種類に応じて適切な波長の光源を選択的に使用することになる。ＣＤ、ＤＶＤ、およびＢＤに対応した光ピックアップの一例が特許文献１に開示されている。
特開２００４−２９５９８３号公報

従来の光ピックアップは、各々の波長について別々に光源および光学系を備えていたため、部品点数が多く、構成が複雑であるという問題があった。光ピックアップの構成が複雑であると、生産性が低く、価格の低減も難しい。特に波長の異なる光に対する光学系が、ＣＤおよびＤＶＤの２種類の光ディスクに対応するのみならず、更にＢＤなどの次世代光ディスク用にも対応することが必要になると、光ピックアップの構成は益々複雑化する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の異なる波長を有する光ビームに適応する多機能の光学素子を採用することにより、小型化の容易な光ピックアップを提供することを目的とする。

本発明の光ピックアップは、相互に波長の異なる第１、第２、および第３の光ビームを含む複数の光ビームを放射する少なくとも１つの光源と、前記光源から放射された前記光ビームを光情報記憶媒体に集光する集光手段と、前記光情報記憶媒体によって反射された前記光ビームの少なくとも一部を受け、電気信号に変換する光検出器と、前記光源から前記光情報記憶媒体までの往路と前記光情報記憶媒体から前記光検出器までの復路との間の共通部分に配置される波長板とを備え、前記波長板は、前記第１および第２の光ビームに対して前記往路で直線偏光を円偏光に変換するとともに、前記復路では円偏光を前記往路における直線偏光の偏光方向に直交する方向に偏光した直線偏光に変換し、前記第３の光ビームに対しては、直線偏光で往復透過させる。

好ましい実施形態において、前記第１、第２、および第３の光ビームの波長を、それぞれ、λ₁、λ₂、およびλ₃とするとき（λ₁＜λ₂＜λ₃）、前記第１の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₁±λ₁／４（Ｎ１は整数）で表され、前記第２の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₂±λ₂／４（Ｎ２は整数）で表され、前記第３の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₃λ₃（Ｎ₃は整数）で表される。

好ましい実施形態において、前記第１、第２、および第３の光ビームの波長を、それぞれ、λ₁、λ₂、およびλ₃とするとき（λ₁＜λ₂＜λ₃）、前記第１の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₁±λ₁／４（Ｎ１は整数）で表され、前記第２の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₂±λ₂／４（Ｎ２は整数）で表され、前記第３の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｍ＋λ₃／２（Ｍは整数）で表される。

好ましい実施形態において、前記波長板と一体的に支持される偏光性ホログラム素子を備え、前記偏光性ホログラム素子は、前記第１および第２の光ビームを往路では回折せずに復路で回折し、前記第３の光ビームの一部を偏光状態によらず回折する。

好ましい実施形態において、前記波長板は、光学軸の方位が面内で異なる複数の領域が交互に配列された構成を有しており、前記第１、第２、および第３の光ビームの波長を、それぞれ、λ₁、λ₂、およびλ₃とするとき（λ₁＜λ₂＜λ₃）、前記第１の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₁±λ₁／４（Ｎ１は整数）で表され、前記第２の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₂±λ₂／４（Ｎ２は整数）で表され、前記第３の光ビームに対する前記波長板のレタデーションが（Ｎ₃±λ₃／４）／２（Ｎ₃は整数）で表される。

好ましい実施形態において、前記第１から第３の光ビームのうちの少なくとも２つの光ビームを放射する単一の光源装置と、前記光源装置から放射された光ビームのうち前記光情報記憶媒体で反射された部分を受け、電気信号に変化する光検出器とが一体化されたユニットを備える。

好ましい実施形態において、前記第１、第２、および第３の光ビームは、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、およびＣＤの照射に用いられる。

本発明の光情報記憶装置は、光情報記憶媒体に光学的にアクセスするための光ピックアップと、前記光ピックアップとの間で電気信号を送受信する信号処理部とを備える光ディスク装置であって、前記光ピックアップは、相互に波長の異なる第１、第２、および第３の光ビームを含む複数の光ビームを放射する少なくとも１つの光源と、前記光源から放射された前記光ビームを光情報記憶媒体に集光する集光手段と、前記光情報記憶媒体によって反射された前記光ビームの少なくとも一部を受け、電気信号に変換する光検出器と、前記光源から前記光情報記憶媒体までの往路と前記光情報記憶媒体から前記光検出器までの復路との間の共通部分に配置される波長板とを備え、前記波長板は、前記第１および第２の光ビームに対して前記往路で直線偏光を円偏光に変換するとともに、前記復路では円偏光を前記往路における直線偏光の偏光方向に直交する方向に偏光した直線偏光に変換し、前記第３の光ビームに対しては、直線偏光で往復透過させる。

本発明の光ピックアップによれば、異なる波長を有する複数の光ビームが共通に通過する位置に特殊な波長板が配置される。この波長板は、第１および第２の光ビームに対しては往路で直線偏光を円偏光に変換するとともに、復路では円偏光を前記往路における直線偏光の偏光方向に直交する方向に偏光した直線偏光に変換する。また、第３の光ビームに対しては、直線偏光のまま、往復透過させることができる。本発明の光ピックアップは、このような波長板を備えているため、偏光性ホログラムと組み合わせることにより、波長が異なる３種類の光ビームに対して、光情報記憶媒体からの反射光を適切に分岐して光検出器群に導くことができる。このため、上記３種類の光ビームについて光検出器群と光源とを一体化することが可能になる。

また本発明によれば、第３の光ビームでＣＤの再生を行う場合、ＣＤのように基材が厚く、複屈折性の強い光ディスクに対しても、光検出器群に入射する光の量が偏光状態に依存しにくくなるため、検出光量の変動が抑制され、安定した記録再生が可能となる。一方、第１および第２の光ビームでＢＤおよびＤＶＤの記録再生を行うと、これらの光ディスクは基材が薄く、複屈折は小さく、その記録再生に必要な光源の高出力化が困難であるが、光量損失を抑制することができる効果が得られる。

（実施形態１）
図１から図６を参照しながら、本発明による光ピックアップの第１の実施形態を説明する。まず図１を参照する。図１は、本実施形態の光ピックアップの全体構成を示す図面である。

図１に示される光ピックアップでは、波長の異なる３つの光ビーム（波長λ₁、波長λ₂、および波長λ₃：λ₁＜λ₂＜λ₃）を放射するレーザチップ１が基板２の上にマウントされている。基板２には、これら３波長の光ビームに共用される光検出器群３が形成されている。本実施形態における波長λ₁、波長λ₂、および波長λ₃は、それぞれ、４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、および７８０ｎｍであり、波長λ₁、λ₂、およびλ₃の光ビームは、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、およびＣＤのデータ記録再生に用いられる。

本実施形態では、後述する「レーザ−光検出器ユニット」に近接してホログラム１７が設けられている。図２を参照しながら、このホログラム１７の構成と機能を説明する。図２（ａ）は、ホログラム１７の断面構成を示す図であり、図２（ｂ）は、各波長光に対する屈折率および０次透過率を示す表である。

ホログラム１７は、表面に凹凸パターンが形成された透光性部材であり、ガラスや等方性のプラスチックに微細な凹凸溝を形成することによって作製され得る。ホログラム１７は、波長λ₁および波長λ₂の光に対しては、凹部と凸部との間で生ずる位相差が波長の整数倍になるように設計されている。このため、波長λ₁および波長λ₂の光は回折されずにホログラム１７を透過する。一方、波長λ₃の光の一部は、ホログラム１７で回折して１次回折光を形成するが、波長λ₃の光の大部分は０次光としてホログラム１７を透過する。

波長λ₁、λ₂、およびλ₃の透過率を、それぞれ、Ｔ₁、Ｔ₂、およびＴ₃で表すと、以下の関係式（１）から（６）が成立する。

Ｔ₁＝ｃｏｓ²（π（ｎ₁−１）・ｄ／λ₁）≒１ 式（１）
Ｔ₂＝ｃｏｓ²（π（ｎ₂−１）・ｄ／λ₂）≒１ 式（２）
Ｔ₃＝ｃｏｓ²（π（ｎ₃−１）・ｄ／λ₃）≠１ 式（３）
（ｎ₁−１）・ｄ＝Ｍ１・λ₁ （Ｍ１は整数） 式（４）
（ｎ₂−１）・ｄ＝Ｍ２・λ₂ （Ｍ２は整数） 式（５）
（ｎ₃−１）・ｄ≠Ｍ３・λ₃ （Ｍ３は整数） 式（６）

ここで、ｎ₁、ｎ₂、およびｎ₃は、波長λ₁、λ₂、およびλ₃の光に対するホログラム１７の屈折率である。

図２（ｂ）の表に示すように、波長λ₁、λ₂、およびλ₃の０次透過率（Ｔ₁、Ｔ₂、およびＴ₃）は、それぞれ、１００％、９８％、および７５％である。

このような機能を実現するため、本実施形態のホログラム１７は、図２（ｂ）の表に示すように波長に応じて屈折率が異なる材料から形成されている。具体的には、波長分散を有し、３種類の波長（４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８０ｎｍ）に対して、図２（ｂ）の表に示す屈折率（ｎ₁＝１．８１、ｎ₂＝１．６８、ｎ₃＝１．６５）を有する材料を用いてホログラム１７を形成している。この場合、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍの光に対しては往復路とも回折せず、波長７８０ｎｍの光に対しては往復路ともに一部が回折し、大半が０次光となる。

なお、このホログラム１７は偏光性を有しないため、ＣＤのデータ記録再生に用いられる波長７８０ｎｍの光ビームの回折光量は、その偏光状態にかかわらず一定である。

再び図１を参照する。

レーザチップ１は、波長λ₁、λ₂、λ₃の光ビームを放射する光源である。各光ビームは、それぞれ、異なる半導体積層構造を有する半導体レーザから放射されるが、本実施形態では、個々の半導体レーザが１チップ化されており、単一の光源として機能する。このため、レーザチップ１は、僅かに異なる位置から各レーザ光を放射するが、単一の３波長レーザ光源として取り扱うことができる。

レーザチップ１から放射された波長λ₁、λ₂、λ₃の光ビームは、いずれも、倍率変換素子４により、光情報記憶媒体の種類に応じて選択される適当な光束径を有する略平行光に変換される。倍率変換素子４は、複数のレンズ（不図示）と、各レンズ間の相対距離を変化させることのできる可動機構（不図示）とを備えている。

倍率変換素子４を透過した光ビームは、立ち上げミラー１１で反射された後、液晶素子１６を透過する。波長λ₁の光ビームの球面収差は、この液晶素子１６により補正される。波長λ₁の光ビームが用いられるＢＤでは、光情報記憶媒体の光入射面から情報記録層までの距離（深さ）に応じて光ビームの球面収差状態を最適化する必要がある。このため、積層された複数の情報記録層を備えるＢＤでは、情報記録層の深さに応じて球面収差の補正量をダイナミックに調節する必要がある。一方、ＤＶＤやＣＤでは、このような球面収差補正は必要ないため、波長λ₂および波長λ₃の光ビームは、この液晶素子１６による補正を受けることなく、そのまま透過することになる。

液晶素子１６を透過した光ビームは、偏光素子７を透過する。偏光素子７は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、偏光性のホログラム５、波長板６、および波長板６の表面に形成された波長選択膜１５を備えている。図３（ａ）および（ｂ）は、偏光素子７の断面構造および作用を模式的に示す図面であり、図４（ａ）は、波長選択膜１５の平面図である。

偏光性ホログラム５は偏光依存性を有しており、入射光の偏光方向によって０次透過率が大きく変化する。具体的には、図３（ａ）に示されるように、図３の紙面に平行な方向に偏光した波長λ₁および波長λ₂の光が本実施形態の偏光性ホログラム５に入射すると、ほぼ完全に偏光性ホログラム５を透過する。しかし、図３の紙面に垂直な方向に偏光した波長λ₁および波長λ₂の光が偏光性ホログラム５に入射すると、ほぼ完全に回折し、０次透過率は著しく低い。

波長λ₁の光に対する波長板６のレタデーションは、Ｎ₁±λ₁／４（Ｎ₁は整数）で表され、波長λ₂の光に対するレタデーションはＮ₂±λ₂／４（Ｎ₂は整数）で表される。したがって、波長板６は、波長λ₁および波長λ₂の光に対して１／４波長板として機能する。

図３（ａ）に示す例では、図３の紙面に平行な方向に偏光した光が偏光性ホログラム５に下方から入射する。偏光性ホログラム５を透過した光は、波長板６で円偏光に変換された後、光ディスクを照射することになる。

図１は、３種類の光ディスク（ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ）の主要部をまとめて記載している。具体的には、ＢＤの情報記録層１４、ＤＶＤの情報記録層９、ＣＤの情報記録層１０が図１には示されている。光ディスクの光入射面から情報記録層９、１０、１４までの距離は光ディスクの種類に応じて異なっている。いずれの光ディスクも、厚さは約１．２ｍｍであるが、簡単のため、光入射面から情報記録層までの部分以外の部分は図示していない。

往路における波長λ₁の光および波長λ₂の光は、いずれも、偏光性ホログラム５で回折せずに効率よく偏光素子７を透過し、円偏光に変換される。偏光素子７から出る円偏光の開口径は、図４（ａ）に示す波長選択膜１５により、最適な開口数ＮＡに対応する直径（ＮＡ１、ＮＡ２）を有しするように制限される。波長選択膜１５の開口部を透過した光は、対物レンズ８に入射し、光ディスクの情報記録層９または１４上に集光される。波長選択膜１５は、波長によって異なる直径を有する円形領域に入射した光は透過させるが、その円形領域の外側に入射した光は遮断する機能を有している。この波長選択膜１５における透過領域（開口部）の直径は、波長に応じて異なっている。

光ディスクで反射された波長λ₁またはλ₂の光は、再び対物レンズ８を経て偏光素子７に入射する。円偏光の向きは、光ディスクで反射されるときに反転するため、「４分の１波長板」として機能する波長板６に入射した円偏光は、図３の紙面に垂直な方向に偏光した光に直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光性ホログラム５によって回折光に分岐される。

回折光は、図１に示すミラー１１で反射された後、倍率変換素子４を経て、偏光依存性のないホログラム１７に入射する。この光は、ホログラム１７では回折されずにホログラム１７を透過し、光検出器群３に入射する。光検出器群３は、受光量に応じて電気信号を生成し、この電気信号に基づいてフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などの制御信号、およびＲＦ信号が生成される。本実施形態では、波長の異なる３つの光ビームについて、光源と光検出器とが一体化され、１つの「レーザ−光検出器ユニット」を構成しているため、光ピックアップを大幅に小型化することが可能である。

次に、図３（ｂ）を参照して、波長λ₃（ＣＤの記録再生波長である７８０ｎｍ）の光に対する偏光素子７の作用を説明する。図３（ｂ）は、波長λ₃の光に対する作用を示している。

図３（ｂ）に示す例でも、図３の紙面に平行な方向に偏光した光が偏光性ホログラム５に下方から入射する。偏光性ホログラム５は、その偏光依存性により、図３の紙面に平行な方向に偏光した光は完全に透過し、これと直交する直線偏光の光はほぼ完全に回折する。波長板６のλ₃の光に対するレタデーションはＮ₃λ₃（Ｎ₃は整数）で表され、「１波長板」として機能する。このため、偏光性ホログラム５で回折せずに効率よく偏光素子７を透過した光は、波長板６を通っても、そのままの直線偏光である。偏光素子７から出る直線偏光の開口径は、図４（ａ）に示す波長選択膜１５により、最適な開口数（ＮＡ３）を示す大きさに制限された後、対物レンズ８に入射し、ＣＤの情報記録層１０上に集光される。

光ディスクで反射された後も偏光方向は回転せず、同一方向に偏光した光として反射される。反射光は再び対物レンズ８を経て、偏光素子７を通過する。反射光は、「１波長板」として機能する波長板６を透過した後、最初の直線偏光と同一の方向に偏光した光のままでホログラム５に入射する。このため、反射光（波長λ₃）は、ホログラム５では回折分岐されない。

ホログラム５を透過した反射光は、図１のミラー１１で反射され、倍率変換素子４を経てホログラム１７に入射する。この光はホログラム１７で回折分岐された後、光検出器群３に入射する。光検出器群３は、受光量に応じて電気信号を生成し、この電気信号に基づいてフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などの制御信号、およびＲＦ信号（再生信号）が生成される。

対物レンズ８は、波長が異なる３種類の光ビームの各々について、最適な集光性能が発揮させるように設計されている。３種類の光ビームは、それぞれ異なる構造を有する光ディスクに照射される。光ディスクの種類に応じて、ディスク表面から情報記録層までの深さが異なるため、この差を考慮して最適な集光性能を発揮するように対物レンズ８は設計される。偏光素子７は、対物レンズ８とともに支持部材１２に取り付けられており、アクチュエータ１３によって対物レンズ８とともに一体的に駆動される。

ＣＤのように基材厚（光入射面から情報記録層までの距離）が大きくなると、光ディスクの基材が有する複屈折が光ビームの偏光特性に強い影響を及ぼすことになる。ディスク基材における屈折率楕円体の軸は、基材成形時の樹脂材料の流れの方向に従う傾向がある。このため、光ディスクにおける屈折率楕円体の軸は、ディスク半径方向またはトラック方向に向くことになる。したがって、この軸に平行な方向に偏光した直線偏光は、ディスク基材による影響を受けにくい。本実施形態における光ディスクからの反射光は、その基材に複屈折があっても、図３（ｂ）に示すように、往路における光ビームの偏光方向と同じ方向に偏光した直線偏光である。このため、ＣＤを光ビームで照射したとき、偏光性ホログラム５による回折ロスは生じない。また、信号光を形成するためのホログラム１７は、無偏光性である。このため、ＣＤの基材に複屈折があっても、信号光量が変動することのない安定した再生性能が実現する。

一方、ＢＤやＤＶＤの場合は、偏光性ホログラム５による往路完全透過及び復路完全回折の作用により、高い光利用効率を実現できる。ＢＤやＤＶＤ用に用いられる波長が比較的短い半導体レーザ素子では、高出力化が困難であり、また、ディスクの反射率が低いが、偏光性ホログラム５による光利用効率が高い。なお、ＣＤに比べて、ＢＤやＤＶＤのように基材厚が小さいと、基材が有する複屈折も小さいため、光ディスクの反射に際して偏光状態がほとんど変化しない。このため、図３（ａ）に示すように、円偏光を光ディスクに入射させるようにしても、反射に際して偏りの大きな楕円偏光に変換されず、信号光量の低下を抑制することができる。

図４（ｂ）は、本実施形態で使用する波長板のレタデーション値（設計例１、２）を示している。設計例１では、波長板の常光及び異常光に対する屈折率差Δｎが波長分散を持たない場合である。すなわち、Δｎ（λ₁）＝Δｎ（λ₂）＝Δｎ（λ₃）が成立する。この場合、各々の波長に比例してレタデーションの大きさが決まる。したがって、波長λ₁の光に対するレタデーションはＮ₁±λ₁／４（Ｎ₁は整数）、波長λ₂の光に対するレタデーションはＮ₂±λ₂／４（Ｎ₂は整数）、波長λ₃の光に対するレタデーションはＮ₃λ₃（Ｎ₃は整数）で表される。図４（ｂ）の設計例１は、上記の各レタデーションを示す最も薄い波長板に関する値である。

波長分散を有する材料から波長板を形成することにより、波長板６を更に薄くすることができる。設計例２は、この場合のレタデーションを示しており、波長分散により、Δｎ（λ₁）：Δｎ（λ₂）：Δｎ（λ₃）＝１．１５：１．１：１の関係を満足する材料を選択している。このように積極的に屈折率の波長分散を利用すれば波長板６の厚みを低減でき、より薄い波長板６を実現できる、その結果、素子の厚み及び重量を低減することが可能になる。

本実施形態では、波長λ₃の光に対するレタデーションをＮ₃λ₃（Ｎ₃は整数）で表される値に設定しているが、このレタデーションをＭ＋λ₃／２（Ｍは整数）で示される値に設定してもよい。この場合、波長λ₃の光が波長板６を通過するとき（往路）、入射時の偏光方向に対して９０°回転した方向に偏光した直線偏光に変換される。この光は、光ディスクで反された後、波長板６を通過するとき（復路）、その偏光方向が更に９０°回転する。こうして、最初に波長板６に入射したときの偏光方向と同じ方向に偏光した直線偏光に復帰するため、偏光性ホログラム６で回折されることなく、光検出器群３に導かれる。

この場合も、光ディスクに入射する光の偏光方向は、ディスク半径方向またはトラック方向に平行なため、ディスク基材の複屈折による偏光変換作用を受けにくい。このため、偏光性ホログラムで回折する光量は小さく、信号の変動は小さい。

図１に示す光ピックアップは、図５に示す光ディスク装置に用いられる。図５の光ディスク装置は、本実施形態の光ピックアップ１００と、光ディスク２００を回転させるディスクモータ３００と、光ピックアップ１００との間で信号の送受信を行う信号処理部４００とを備えている。

信号処理部４００は、光ピックアップ１００の出力から生成されるトラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号に基づいて光ピックアップ１００内のアクチュエータ１３（図１）を駆動し、レンズ８の位置を調整するための制御信号を光ピックアップ１００に送出する。光ピックアップ１００が光ディスク２００から光学的に読み出すデータは、信号処理部４００の公知の機能によって復号され、再生される。光ディスク２００にユーザデータを書き込むときは、信号処理部４００から光ピックアップ１００に記録データが送られ、この記録データに基づいて変調された光ビームを光ピックアップ１００から光ディスク２００に照射する。こうして、光ディスク１００が有する情報記録層の光学的性質が変調され、光学的に再生可能な状態でデータの記録が行われる。本実施形態では、光ピックアップ１００の構成が新しいが、光ディスク装置における光ピックアップ以外の部分は如何なる構成を有していてもよい。

（実施形態２）
次に、図６を参照しながら本発明による光ディスク装置の第２の実施形態を説明する。図６は、本実施形態の光ディスク装置の構成を示す断面図である。図１に示す実施形態１の光ディスク装置の構成要素と同一の構成要素に対しては同一の参照符合を与え、その説明は省略する。

前述のように、実施形態１の光ディスク装置は、波長の異なる３つの光ビーム（波長λ₁、波長λ₂、および波長λ₃：λ₁＜λ₂＜λ₃）を放射するレーザチップ１を備えているが、本実施形態では、ＣＤ用とＤＶＤ／ＢＤ用とで別々のレーザチップを用いている。すなわち、本実施形態の光ディスク装置は、第１のレーザチップ２１と光検出器２２とを有するＤＶＤ／ＢＤ用の光源−検出器ユニットと、第２のレーザチップ３７と光検出器群３８とを有するＣＤ用の光源−検出器ユニットとを備えている。ＣＤ用の光源−検出器ユニットには、実施形態１におけるホログラム１７の代わりにホログラム３９が設けられている。このホログラム３９は、ＣＤ用の光ビーム（波長：λ₃）のみが透過するため、ホログラム１７に比べて作製が容易である。

本実施形態では、ビームスプリッタ２３により、第１のレーザチップ３７から放射された光ビーム（波長λ₃）と、第２のレーザチップ２１から放射された光ビーム（波長λ₁、λ₂）とを結合・分岐する。より具体的には、ビームスプリッタ２３によって第２のレーザチップ２１から放射された光ビーム（波長λ₁、λ₂）は反射されるが、第１のレーザチップ３７から放射された光ビーム（波長λ₃）は、ビームスプリッタ２３を透過することができる。

本実施形態によれば、実施形態１の光ディスク装置に比べて部品点数が２つ程度増加するが、各ユニットの構成は簡単になる。また、実施形態１の光ディスク装置では、ホログラム１７が波長分散性のある材料から形成され、波長変動に敏感であるため、レーザチップ１の温度変化などよってＤＶＤ／ＢＤ用の光ビームの波長が変動した場合、ホログラム１７の透過時に回折し、回折ロスや迷光を生じさせる可能性があるが、本実施形態では、そのような問題を回避することができる。

（実施形態３）
次に、図７を参照しながら本発明による光ディスク装置の第３の実施形態を説明する。図７は、本実施形態の光ディスク装置の構成を示す断面図である。本実施形態では、実施形態１の光ディスク装置の構成要素と同一の構成要素に対しては同一の参照符合を与え、その説明は省略する。

本実施形態の光ディスク装置が実施形態１の光ディスク装置から異なる点は、偏光素子７に代えて偏光素子４７を用いている点にある。偏光素子４７は、図８（ａ）に示す波長板（分布型波長板）４６と、偏光性ホログラム４５とを有している。この偏光性ホログラム４５は、復路で波長λ₃の光を回折し、これによって信号光の形成を可能にするため、ホログラム１７が不要になる。

波長板４６では、図８（ａ）に示すように、複屈性性を有する２種類の領域Ｄ５、Ｄ６がチェック模様を形成するように二次元的に交互に配列されている。領域Ｄ５および領域Ｄ６の光学軸（Ｏｐｔｉｃ ａｘｉｓ）は、いずれも波長板４６の表面に平行であるが、領域Ｄ５の光学軸方位は、領域Ｄ６の光学軸方位から僅かに回転している。すなわち、領域Ｄ５における光学軸方位は、図８（ａ）に示す入射偏光方向に対して４５度＋αの角度を形成しているのに対して、領域Ｄ６の光学軸方位は４５度−αの角度を形成している。

このような構成を有する波長板４６を用いると、波長板４６を通過する光ビームの光束断面内で光の位相および強度にばらつきが発生するため、光ディスクで反射された光の偏光状態が光ディスクの基材が有する複屈折性によって変動しても、確実に信号を生成することが可能になる。

波長λ₁、波長λ₂の光に対する動作は、実施形態１および実施形態２の光ディスク装置について説明した通りである。波長板４６の波長λ₂の光に対するレタデーションは、Ｎ₁±λ₁／４（Ｎ₁は整数）、波長λ₂の光に対するレタデーションは、Ｎ₂±λ₂／４（Ｎ₂は整数）で表される大きさを有している。

波長λ₁、λ₂の光は、往路では偏光素子７をほぼ完全に透過する。ただし、波長板４６の領域Ｄ５を通過する部分と領域Ｄ６を通過する部分との間で偏光状態が僅かに異なる略円偏光に変換される。光ディスクで反射された後の復路では、波長λ₁、波長λ₂の光は、ほぼ往路と直交する直線偏光に変換され、偏光性ホログラム４５で回折されることになる。回折された光は光検出器群３に入射し、信号光が生成される。波長λ₁、波長λ₂の光は、波長板４６の領域毎にやや異なる偏光状態の略直線偏光に変換されるため、一部の光は回折されずに偏光性ホログラム４５をそのまま透過することになる。

一方、波長板４６の波長λ₃の光に対するレタデーションは、（２Ｎ₄−１）λ₃／８（Ｎ₄は整数）で表される大きさを有しているため、波長λ₃の光が波長板４６を往復通過するときには（２Ｎ₄−１）λ₃／４（Ｎ₄は整数）の位相差が発生する。これは、１／４波長板を通過するときに発生する位相差と等価である。このため、波長λ₃の光は、偏光性ホログラム４５を往復通過することにより、略円偏光に変換される。ただし、波長板４６の領域毎にやや異なる偏光状態の略円偏光に変換されることになる。復路において偏波長板４６から光ホログラム４５に入射した円偏光（波長λ₃）のうち、約半分の光（往路の直線偏光と直交する方向の成分）が偏光性ホログラム４５によって回折される。この回折光により、ＣＤ用の信号光が形成されることになる。

ＣＤのディスク基材は複屈折性が強い場合があり、そのようなＣＤで反射された光（波長λ₃）は、光ディスクの半径方向またはトラック方向に偏光した光ではないためディスク基材の複屈折により様々な偏光状態に変換される。しかし、本実施形態では、波長板４６の領域を面内で光学軸方位が異なる複数の領域に分割しているため、一方の光学軸方位を有する領域では回折が生じない偏光に変換させたとしても、他方の光学軸方位を有する領域では回折が生じることになる。その結果、光ディスクがどのような複屈折性を有していても、光検出器に入射する光の量がゼロになることはなく、確実に信号を形成することができる。

また、本実施形態では、ＣＤのディスク基材が複屈折性を全く有していない場合、復路で波長板４６を通過する光（波長λ₃）は円偏光に近いため、仮にディスク基材が複屈折性を有していることに起因して偏光状態に変化が発生したときでも、光検出器の光量変化は小さく抑えることができる。図８（ｂ）は、本実施形態における波長板４６のレタデーションの設計例を示す表である。

本実施形態の光ディスク装置によれば、異なる波長を有する３種類の光ビームが全て同じホログラムで回折され、それによって信号を形成することが可能になるため、さらに部品点数が減少し、構造が簡素化される。しかも、ＢＤやＤＶＤに対しては、往復とも高い効率を実現でき、また、ＣＤのディスク基材に複屈折性がある場合でも偏光性ホログラム４５による回折光量の変動を少なくすることができる。

本実施形態で用いる波長板４６の構成は、図８（ａ）に示すものに限定されない。光学軸の方位が異なる３種類以上の領域に分割されていても良いし、また、光学軸の方位も上記のものに限定されない。

本発明による光ピックアップは、１台の装置で異なる複数種類の光情報記憶媒体へのデータの記録、あるいは、そのような光情報記憶媒体からのデータの再生を行うことのできる光情報記憶装置に好適に用いられ、特に小型・低コスト化が求められている光ディスク装置（プレーヤ、レコーダ、データ記憶装置など）に好適に用いられる。

本発明の実施形態１における光ピックアップの構成を示す断面図である。 （ａ）は、実施形態１におけるホログラムの断面図であり、（ｂ）は、そのホログラムの設計パラメータを示す表である。 （ａ）および（ｂ）は、実施形態１における偏光性ホログラムの構造および作用を示す断面図である。 （ａ）は、図３に示す偏光性ホログラムにおける波長選択膜１５の平面構成を示すレイアウト図であり、（ｂ）は、波長板のレタデーションの設計例を示す表である。 本発明による光ディスク装置の構成例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態２における光ピックアップの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態３における光ピックアップの構成を示す断面図である。 （ａ）は、実施形態３における波長板の平面図であり、（ｂ）は、波長板のレタデーションの設計例を示す表である。

符号の説明

１・・・レーザチップ（３波長レーザ光源）
３・・・光検出器群（３波長共用光検出器）
４・・・倍率変換素子
１６・・・液晶素子
５、４５・・・偏光性ホログラム
６、４６・・・波長板
７、４７・・・偏光素子
８・・・対物レンズ
１７・・ホログラム素子

Claims (8)

1. 相互に波長の異なる第１、第２、および第３の光ビームを含む複数の光ビームを放射する少なくとも１つの光源と、
   前記光源から放射された前記光ビームを光情報記憶媒体に集光する集光手段と、
   前記光情報記憶媒体によって反射された前記光ビームの少なくとも一部を受け、電気信号に変換する光検出器と、
   前記光源から前記光情報記憶媒体までの往路と前記光情報記憶媒体から前記光検出器までの復路との間の共通部分に配置される波長板と、
   を備え、
   前記波長板は、前記第１および第２の光ビームに対して前記往路で直線偏光を円偏光に変換するとともに、前記復路では円偏光を前記往路における直線偏光の偏光方向に直交する方向に偏光した直線偏光に変換し、前記第３の光ビームに対しては、直線偏光で往復透過させる、光ピックアップ。
2. 前記第１、第２、および第３の光ビームの波長を、それぞれ、λ₁、λ₂、およびλ₃とするとき（λ₁＜λ₂＜λ₃）、
   前記第１の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₁±λ₁／４（Ｎ１は整数）で表され、
   前記第２の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₂±λ₂／４（Ｎ２は整数）で表され、
   前記第３の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₃λ₃（Ｎ₃は整数）で表される、請求項１に記載の光ピックアップ。
3. 前記第１、第２、および第３の光ビームの波長を、それぞれ、λ₁、λ₂、およびλ₃とするとき（λ₁＜λ₂＜λ₃）、
   前記第１の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₁±λ₁／４（Ｎ１は整数）で表され、
   前記第２の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₂±λ₂／４（Ｎ２は整数）で表され、
   前記第３の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｍ＋λ₃／２（Ｍは整数）で表される、請求項１に記載の光ピックアップ。
4. 前記波長板と一体的に支持される偏光性ホログラム素子を備え、
   前記偏光性ホログラム素子は、前記第１および第２の光ビームを往路では回折せずに復路で回折し、前記第３の光ビームの一部を偏光状態によらず回折する、請求項１から３のいずれかに記載の波長光ピックアップ。
5. 前記波長板は、光学軸の方位が面内で異なる複数の領域が交互に配列された構成を有しており、
   前記第１、第２、および第３の光ビームの波長を、それぞれ、λ₁、λ₂、およびλ₃とするとき（λ₁＜λ₂＜λ₃）、
   前記第１の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₁±λ₁／４（Ｎ１は整数）で表され、
   前記第２の光ビームに対する前記波長板のレタデーションは、Ｎ₂±λ₂／４（Ｎ２は整数）で表され、
   前記第３の光ビームに対する前記波長板のレタデーションが（Ｎ₃±λ₃／４）／２（Ｎ₃は整数）で表される、請求項１に記載の光ピックアップ。
6. 前記第１から第３の光ビームのうちの少なくとも２つの光ビームを放射する単一の光源装置と、前記光源装置から放射された光ビームのうち前記光情報記憶媒体で反射された部分を受け、電気信号に変化する光検出器とが一体化されたユニットを備える、請求項１から５のいずれかに記載の波長光ピックアップ。
7. 前記第１、第２、および第３の光ビームは、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、およびＣＤの照射に用いられる、請求項１から６のいずれかに記載の光ピックアップ。
8. 光情報記憶媒体に光学的にアクセスするための光ピックアップと、前記光ピックアップとの間で電気信号を送受信する信号処理部とを備える光ディスク装置であって、
   前記光ピックアップは、
   相互に波長の異なる第１、第２、および第３の光ビームを含む複数の光ビームを放射する少なくとも１つの光源と、
   前記光源から放射された前記光ビームを光情報記憶媒体に集光する集光手段と、
   前記光情報記憶媒体によって反射された前記光ビームの少なくとも一部を受け、電気信号に変換する光検出器と、
   前記光源から前記光情報記憶媒体までの往路と前記光情報記憶媒体から前記光検出器までの復路との間の共通部分に配置される波長板と、
   を備え、
   前記波長板は、前記第１および第２の光ビームに対して前記往路で直線偏光を円偏光に変換するとともに、前記復路では円偏光を前記往路における直線偏光の偏光方向に直交する方向に偏光した直線偏光に変換し、前記第３の光ビームに対しては、直線偏光で往復透過させる、光情報記憶装置。

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