JP2008140483A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

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光義 篠部
美佳 ▲濱▼岡
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Abstract

【課題】１波長のビーム整形が可能で各波長での収差の発生が無いビーム整形ミラーを備えた複数波長互換の光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】レーザビームＢ１〜Ｂ３はビーム整形ミラー７に対し無限系で入射し、青色レーザビームＢ１は対物レンズ９に対し無限系で入射し、赤色・赤外レーザビームレーザビームＢ２，Ｂ３は対物レンズ９に対し有限系で入射する。ビーム整形ミラー７は、波長選択性膜Ｆｔと回折格子Ｇｒが設けられた第１光学面７ａと、全反射膜Ｍｒが設けられて反射面から成る第２光学面７ｂと、を互いに非平行に有する透明部材７ｃから成る。波長選択性膜Ｆｔは青色レーザビームＢ１を透過させ、赤色・赤外レーザビームＢ２，Ｂ３を反射させる。波長選択性膜Ｆｔを透過した青色レーザビームＢ１は、第２光学面７ｂでの反射後、波長選択性膜Ｆｔを透過することにより、光強度分布が楕円形状から円形状に変換される。
【選択図】図１

Description

本発明は光ピックアップ装置に関するものであり、例えば、ＣＤ(compact disc)，ＤＶＤ(digital versatile disc)，ＢＤ(Blu-ray Disc等：青色レーザビームを用いる高密度光ディスク)等の複数の光ディスクに対応した光ピックアップ装置に関するものである。
例えば、１つの対物レンズで使用波長の異なる複数種類の光ディスク(例えば、ＣＤ，ＤＶＤ，ＢＤ)に対応する光ピックアップ装置において、いずれの光ディスクからも十分な再生信号が得られるようにしようとすると、対物レンズで形成されるビームスポットを径の小さい円形にする必要がある。そのためのビーム整形は光利用効率を低下させずにスポット形状を円形にする上で有効であり、特に青色レーザビームの場合、リム強度(すなわち、対物レンズに入射する光束の周辺強度比)を確保する上でビーム整形は必要である。また、対物レンズに対する各レーザビームの入射方向が異なるとコマ収差が発生してしまうため、すべてのレーザビームが対物レンズに対して同じ方向から入射するように、光軸に対する傾きを補正する必要もある。
スポット形状に関しては、ビーム整形機能を有する立ち上げミラーでレーザビームを楕円ビームから円形ビームに変換する光ピックアップ装置が、特許文献１，２で提案されている。また、レーザビームの方向に関しては、波長選択性膜を有する立ち上げミラーで光軸に対する傾きを補正する光ピックアップ装置が、特許文献１〜３で提案されている。その立ち上げミラーには波長選択性膜と全反射膜が設けられており、波長選択性膜で反射する波長のレーザビームと、波長選択性膜を透過して全反射膜で反射する波長のレーザビームと、が光軸に対して同じ傾き状態となるように補正が行われる。
特開２００３−０９８３５０号公報 特開２００２−３０４７６１号公報 特開２００２−１６３８３６号公報
１つの対物レンズで使用波長の異なる複数種類の光ディスクに対応する光ピックアップ装置においては、対物レンズの収差補正を特定波長に対する無限系で行えば、他の波長に対しては有限系で行うことが求められる。例えば、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームをそれぞれ出射する３つのレーザ光源と１つの対物レンズとで使用波長の異なる３種類の光ディスクに対応する光ピックアップ装置においては、青色レーザビームに対して無限系で収差補正された対物レンズを用いて３波長互換を実現する場合、赤色／赤外レーザビームに対して収差補正するために、赤色／赤外レーザビームに対して対物レンズを有限系とすることが求められる。
しかしながら、特許文献１〜３に記載されているような立ち上げミラーを用いた場合、対物レンズを赤色／赤外レーザビームに対し有限系として用いると、立ち上げミラーを構成している透明部材に赤色／赤外レーザビームが発散状態で入射することになる。発散光が透明部材を透過すると、そこで非点収差が発生してしまうため、良好なビームスポットは得られなくなる。特許文献１〜３に記載されている立ち上げミラーは、平行光が入射する場合を想定しているため、上記のように発散光が入射することにより生じる非点収差に関しては何ら考慮されていない。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数波長互換の光ピックアップ装置において、そのうちの１波長のビーム整形が可能であり、かつ、各波長での収差の発生が無いビーム整形ミラーを備えた光ピックアップ装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、第１の発明の光ピックアップ装置は、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームをそれぞれ出射する３つのレーザ光源と１つの対物レンズとで使用波長の異なる３種類の光ディスクに対応する光ピックアップ装置であって、前記対物レンズと３つのレーザ光源との間の光路中に、波長選択性膜及び回折格子が設けられた第１光学面と反射面から成る第２光学面とを互いに非平行に有する透明部材で構成されたビーム整形ミラーが配置されており、前記ビーム整形ミラーと３つのレーザ光源との間の光路中に、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを平行光にするコリメートレンズが配置されており、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームの光強度中心位置が一致するように、青色レーザビームを出射するレーザ光源が傾いて配置されており、前記透明部材が台形状又はくさび形状の断面を有しており、前記回折格子が断面矩形状又は断面鋸歯形状の円形溝を複数形成して成るものであり、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームが前記ビーム整形ミラーに対し無限系で入射し、青色レーザビームが前記対物レンズに対し無限系で入射し、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームが前記対物レンズに対し有限系で入射するように構成されており、前記波長選択性膜が青色レーザビームを透過させ、かつ、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを反射させる波長選択性を有しており、前記波長選択性膜を透過してビーム整形ミラーに入射した青色レーザビームが前記第２光学面で反射された後、前記波長選択性膜を透過してビーム整形ミラーから出射することにより、青色レーザビームの光強度分布が楕円形状から円形状に変換され、前記回折格子が、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを回折させることにより前記ビーム整形ミラーから出射する青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームの方向が同じになるようにする光軸補正機能と、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを回折作用により発散させるレンズ機能と、を有することを特徴とする。
第２の発明の光ピックアップ装置は、互いに異なる波長のレーザビームを出射する複数のレーザ光源と１つの対物レンズとで使用波長の異なる複数種類の光ディスクに対応する光ピックアップ装置であって、前記対物レンズと複数のレーザ光源との間の光路中に、波長選択性膜及び回折格子が設けられた第１光学面と反射面から成る第２光学面とを互いに非平行に有する透明部材で構成されたビーム整形ミラーが配置されており、前記複数のレーザ光源から出射する複数のレーザビームのうち、第１，第２のレーザビームが前記ビーム整形ミラーに対し無限系で入射し、第１のレーザビームが前記対物レンズに対し無限系で入射し、第２のレーザビームが前記対物レンズに対し有限系で入射するように構成されており、前記波長選択性膜が第１のレーザビームを透過させ、かつ、第２のレーザビームを反射させる波長選択性を有しており、前記波長選択性膜を透過してビーム整形ミラーに入射した第１のレーザビームが前記第２光学面で反射された後、前記波長選択性膜を透過してビーム整形ミラーから出射することにより、第１のレーザビームの光強度分布が楕円形状から円形状に変換され、前記回折格子が、第２のレーザビームを回折させることにより前記ビーム整形ミラーから出射する第１，第２のレーザビームの方向が同じになるようにする光軸補正機能と、第２のレーザビームを回折作用により発散させるレンズ機能と、を有することを特徴とする。
第３の発明の光ピックアップ装置は、上記第２の発明において、前記透明部材が台形状又はくさび形状の断面を有することを特徴とする。
第４の発明の光ピックアップ装置は、上記第２又は第３の発明において、前記回折格子が断面矩形状又は断面鋸歯形状の円形溝を複数形成して成るものであることを特徴とする。
第５の発明の光ピックアップ装置は、上記第２〜第４のいずれか１つの発明において、前記第１，第２のレーザビームの光強度中心位置が一致するように、第１のレーザビームを出射するレーザ光源が傾いて配置されていることを特徴とする。
第６の発明の光ピックアップ装置は、上記第２〜第５のいずれか１つの発明において、前記第１のレーザビームの波長よりも前記第２のレーザビームの波長が長いことを特徴とする。
第７の発明の光ピックアップ装置は、上記第２〜第６のいずれか１つの発明において、前記第１のレーザビームが青色レーザビームであり、前記第２のレーザビームが赤色レーザビーム，赤外レーザビームのうちの少なくとも一方であることを特徴とする。
第１の発明によれば、青色レーザビームが対物レンズに対し無限系で入射し、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームが対物レンズに対し有限系で入射するように構成されているので、各レーザビームに対する収差補正を良好に行うことができる。赤色レーザビーム及び赤外レーザビームが対物レンズに対し有限系で入射するように構成しても、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームは波長選択性膜で反射するので、ビーム整形ミラーでの非点収差の発生は無い。一方、青色レーザビームはビーム整形ミラーで光強度分布が楕円形状から円形状に変換されるので、微小なビームスポットを効率良く得ることができる。
さらに、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームに対する回折格子のレンズ機能によると、ビーム整形ミラーに対し無限系で入射する赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを回折作用により発散させる構成になっているので、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームとも無限系でビーム整形ミラーに入射するように、コリメートレンズを配置した設計にすることができる。３波長とも無限系で構成することにより、コリメート位置から光検出位置までの距離を同じに設計できるため、各レーザビームを受光する光検出器は１つで済み、光検出器の共用により部品点数の削減が可能となる。また、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームに対する回折格子の光軸補正機能により、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを対物レンズに対して同じ方向から入射させることができ、結果としてコマ収差の発生を回避することができる。したがって、３波長で良好なビームスポットを得ることができる、３波長互換の光ピックアップ装置を実現することができる。
第２の発明によれば、第１のレーザビームが対物レンズに対し無限系で入射し、第２のレーザビームが対物レンズに対し有限系で入射するように構成されているので、各レーザビームに対する収差補正を良好に行うことができる。第２のレーザビームが対物レンズに対し有限系で入射するように構成しても、第２のレーザビームは波長選択性膜で反射するので、ビーム整形ミラーでの非点収差の発生は無い。一方、第１のレーザビームはビーム整形ミラーで光強度分布が楕円形状から円形状に変換されるので、微小なビームスポットを効率良く得ることができる。
さらに、第２のレーザビームに対する回折格子のレンズ機能によると、ビーム整形ミラーに対し無限系で入射する第２のレーザビームを回折作用により発散させる構成になっているので、第１，第２のレーザビームとも無限系でビーム整形ミラーに入射するように設計することができる。両波長とも無限系で構成することにより、コリメート位置から光検出位置までの距離を同じに設計できるため、各レーザビームを受光する光検出器は１つで済み、光検出器の共用により部品点数の削減が可能となる。また、第２のレーザビームに対する回折格子の光軸補正機能により、第１，第２のレーザビームを対物レンズに対して同じ方向から入射させることができ、結果としてコマ収差の発生を回避することができる。したがって、各波長で良好なビームスポットを得ることができる、複数波長互換の光ピックアップ装置を実現することができる。
第３の発明によれば、透明部材が台形状又はくさび形状の断面を有する構成になっているので、ビーム整形を簡単な構成で行うことができる。第４の発明によれば、断面矩形状又は断面鋸歯形状の円形溝を複数形成して成る回折格子を用いているので、光軸に対する傾き補正を簡単な構成で行うことができる。第５の発明によれば、第１，第２のレーザビームの光強度中心位置が一致するように、第１のレーザビームを出射するレーザ光源が傾いて配置されているので、第２のレーザビームに対する位置のズレを簡単な構成で補正することができる。第６の発明によれば、波長の短い第１のレーザビームについて、光利用効率を向上させながらビーム整形により良好なビームスポットを得ることが可能となる。
第７の発明によれば、３波長のいずれのレーザビームを用いた場合でも対物レンズに対して同じ方向から入射させることができるので、３種類の光ディスクに対する互換性を確保することができる。例えば、３つのレーザ光源から出射されるレーザビームとして、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを用いれば、ＣＤ，ＤＶＤ，ＢＤの３種類の光ディスクに対応することができる。
以下、本発明に係る光ピックアップ装置の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。図１に、光ピックアップ装置の一実施の形態の概略構成を模式的に示す。この光ピックアップ装置１１は、発振波長の異なる３つのレーザ光源(赤色／赤外用の２波長半導体レーザ１ａに搭載されている２つの光源と青色用の半導体レーザ１ｂに搭載されている１つの光源とから成る。)と１つの対物レンズ９とで、使用波長の異なる３種類の光ディスク１２に対応する、３波長・１レンズタイプの光ピックアップ装置であり、３種類の光ディスク１２のいずれに対しても情報の記録／再生を行うことが可能な構成になっている。
ここで想定している３種類の光ディスク１２とは、例えば、青色レーザ対応(波長λ１：４０５ｎｍ)の第１の光ディスク(青色レーザビームを用いる高密度光ディスク；基板厚０．１ｍｍ，ＮＡ＝０．８５)，赤色レーザ対応(波長λ２：６５０ｎｍ)の第２の光ディスク(ＤＶＤ；基板厚０．６ｍｍ，ＮＡ＝０．６〜０．６５)，赤外レーザ対応(波長λ３：７８０ｎｍ)の第３の光ディスク(ＣＤ；基板厚１．２ｍｍ，ＮＡ＝０．４５〜０．５)である。ただし、その使用波長はこれらに限るものではない。また、その適用対象も光ディスクに限らず、光ディスク以外の光情報記録媒体に対しても本発明は適用可能である。
図１に示す光ピックアップ装置１１は、赤色／赤外用の２波長半導体レーザ１ａ，青色用の半導体レーザ１ｂ，ダイクロイックプリズム２，ビームスプリッター３，コリメートレンズ４，光検出器６，ビーム整形ミラー７，収差補正素子８，対物レンズ９，ホルダー１０等で構成されている。この光ピックアップ装置１１の光学構成を光路に沿って以下に説明する。
光ピックアップ装置１１は、前述したように、赤色／赤外用の２波長半導体レーザ１ａに搭載されている２つの光源と、青色用の半導体レーザ１ｂに搭載されている１つの光源と、をレーザ光源として有している。そして、３つのレーザ光源のいずれか１つが点灯することにより出射した、波長λ１の青色レーザビームＢ１，波長λ２の赤色レーザビームＢ２又は波長λ３の赤外レーザビームＢ３で、対応する光ディスク１２に対する光情報の記録又は再生が行われる(λ１＜λ２＜λ３)。
半導体レーザ１ａ又は１ｂから出射したレーザビームＢ１，Ｂ２又はＢ３は、ダイクロイックプリズム２に入射する。ダイクロイックプリズム２は、青色，赤色，赤外の各レーザビームＢ１〜Ｂ３の光路を合成する光路合成素子である。したがって、半導体レーザ１ｂから出射した青色レーザビームＢ１は、ダイクロイックプリズム２で反射され、半導体レーザ１ａから出射した赤色レーザビームＢ２又は赤外レーザビームＢ３は、ダイクロイックプリズム２を透過することにより、各レーザビームＢ１〜Ｂ３の光路が合成される。
ダイクロイックプリズム２を出射したレーザビームＢ１，Ｂ２又はＢ３は、その一部がビームスプリッター３で反射される。ビームスプリッター３は、各半導体レーザ１ａ，１ｂから光ディスク１２への光路(往路)と光ディスク１２から光検出器６への光路(復路)との分岐を行う光路分岐素子であり、入射光を透過光と反射光とに光量を２分割するハーフミラーとして機能する。
ビームスプリッター３で反射したレーザビームＢ１，Ｂ２又はＢ３は、コリメートレンズ４で平行光となった後、ビーム整形ミラー７に入射する。ビーム整形ミラー７は、波長選択性膜Ｆｔ及び回折格子Ｇｒが設けられた第１光学面７ａと、反射面から成る第２光学面７ｂと、を互いに非平行に有する透明部材７ｃで構成されている。つまりビーム整形ミラー７は、台形状の断面を有する透明部材７ｃを基板として、その表面側の第１光学面７ａに波長選択性膜Ｆｔと回折格子Ｇｒが設けられ、裏面側の第２光学面７ｂに全反射膜Ｍｒ(例えば、金属膜，誘電体多層膜)が設けられた構成になっている。
波長選択性膜Ｆｔは、青色レーザビームＢ１を透過させ、かつ、赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３を反射させる波長選択性を有している。したがって、ビーム整形ミラー７に入射した青色レーザビームＢ１は、まず第１光学面７ａの波長選択性膜Ｆｔを透過し、次に第２光学面７ｂの全反射膜Ｍｒから成る反射面で反射され、第１光学面７ａの波長選択性膜Ｆｔを透過して、ビーム整形ミラー７から出射することになる。このように青色レーザビームＢ１がビーム整形ミラー７を通ることによって、青色レーザビームＢ１の光強度分布は楕円形状から円形状に変換される。ビーム整形ミラー７は青色レーザビームＢ１に対して光学的なパワーを有していないので、ビーム整形ミラー７に対し無限系で入射してきた青色レーザビームＢ１は、ビーム整形されるとともに、対物レンズ９に対し無限系で入射するように光路が対物レンズ９に向けて略９０°折り曲げられる。
一方、ビーム整形ミラー７に入射した赤色レーザビームＢ２又は赤外レーザビームＢ３は、波長選択性膜Ｆｔで反射されて、光路が対物レンズ９に向けて略９０°折り曲げられる。このとき、赤色レーザビームＢ２又は赤外レーザビームＢ３は、回折格子Ｇｒの回折作用を受けることになる。回折格子Ｇｒは、赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３を回折させることによりビーム整形ミラー７から出射するレーザビームＢ１〜Ｂ３の方向が同じになるようにする光軸補正機能と、赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３を回折作用により発散させるレンズ機能と、を有している。したがって、ビーム整形ミラー７に対し無限系で入射してきた赤色レーザビームＢ２又は赤外レーザビームＢ３は、光軸ＡＸに対して傾き補正されるとともに、対物レンズ９に対し有限系で入射するように光路が対物レンズ９に向けて略９０°折り曲げられる。このビーム整形ミラー７の詳細に関しては後述する。
ビーム整形ミラー７を出射したレーザビームＢ１，Ｂ２又はＢ３は、収差補正素子８(例えば液晶素子)を透過し、対物レンズ９で集光されて光ディスク１２の記録面に到達し結像する。収差補正素子８と対物レンズ９はホルダー１０に保持されており、フォーカシング，トラッキング等の際にアクチュエータ(不図示)で一体的に駆動されるように構成されている。ホルダー１０で収差補正素子８と対物レンズ９との位置関係が常に(情報の記録時・再生時共に)一定に保たれるため、収差補正素子８と対物レンズ９との位置ズレによる特性劣化を回避することができる。
情報再生時に光ディスク１２の記録面で反射されたレーザビームＢ１，Ｂ２又はＢ３は、対物レンズ９と収差補正素子８を順に通過し、ビーム整形ミラー７で反射され、コリメートレンズ４を通過した後、その一部がビームスプリッター３を透過する。ビームスプリッター３を透過したレーザビームＢ１〜Ｂ３は、光検出器６の受光面に到達して結像する。光検出器６は、受光したレーザビームＢ１，Ｂ２又はＢ３の光情報を検出し電気信号として出力する。
従来より知られている一般的なプリズム型(断面形状が台形状又はくさび形状のもの。)のビーム整形素子では、互いに非平行な透過面と反射面を有する透明部材でビーム整形が行われる。このため、透過面に入射したレーザビームは透明部材の分散特性によって波長毎に異なった角度で屈折することになる。例えば、図４(Ａ)に示すように透明部材７ｃに対し青色レーザ光線Ｌ１(実線)及び赤色レーザ光線Ｌ２(破線)が同じ入射角度で第１光学面７ａから入射した場合、赤色レーザ光線Ｌ２に対する屈折率よりも青色レーザ光線Ｌ１に対する屈折率の方が大きいため、透明部材７ｃに対する光線入射時の第１光学面７ａでの屈折角の差(つまり分散特性)によって、透明部材７ｃから出射するレーザ光線Ｌ１，Ｌ２の方向に差が生じてしまう。これは一方の波長について光軸に傾きが生じることを意味する。
本実施の形態のようにビーム整形ミラーを立ち上げミラーとして用いる場合には、２本のレーザ光線Ｌ１，Ｌ２が光軸ＡＸ(図１)に対して同じ傾き状態となるように補正する必要がある。その補正を行うことは、透明部材７ｃの第２光学面７ｂに回折格子を設けることにより可能である。つまり、図４(Ｂ)に示すように、透明部材７ｃが有する波長の分散特性を回折格子の分散特性で相殺すれば、各波長の光軸傾きが発生することなく２波長のビーム整形を実現することが可能である。ただし、これを３波長互換に適用することには問題がある。例えば、青色の波長で収差が最小となるよう補正された対物レンズ１つで３波長互換を行う場合、赤色／赤外の波長に対して収差補正するために赤色／赤外の波長に対して対物レンズを有限系とすることが求められるからである。しかし、ビーム整形ミラーを有限系で用いた場合には、赤色／赤外レーザビームが発散状態で透明部材７ｃを透過することになるため、非点収差が発生するといった問題が生じてしまう。
上記問題を解決するため本実施の形態(図１)では、青色レーザビームＢ１を透過させ、かつ、赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３を反射させる波長選択性膜Ｆｔを第１光学面７ａに成膜し、さらに赤色／赤外の波長に対する光軸補正機能と赤色／赤外の平行光を発散させるレンズ機能とを有する回折格子Ｇｒを第１光学面７ａに設け、第２光学面７ｂには全反射膜Ｍｒを設けて反射面を構成している。そのように波長選択性膜Ｆｔ，回折格子Ｇｒ等を備えたビーム整形ミラー７の構造を図３に示す。図３(Ａ)はビーム整形ミラー７の断面構造を模式的に示しており、図３(Ｂ)は回折格子Ｇｒの回折パターン構造を示しており、図３(Ｃ)は図３(Ｂ)におけるｘ−ｘ’線断面を模式的に示している。回折格子Ｇｒは、図３(Ｂ)に示すように円形溝がほぼ同心円状に複数形成された回折パターン構造を、第２光学面７ｂの有効光路範囲(又は全面)に有する構成になっている。また回折格子Ｇｒは、図３(Ｃ)に示すように断面矩形状の円形溝が複数形成された構造を有している。ただし、回折格子Ｇｒとして、断面鋸歯形状の円形溝が複数形成された構造を有するものを用いてもよい。
コリメートレンズ４から出射した青色レーザビームＢ１は、図１に示すように、ビーム整形ミラー７に対し無限系で入射する。そして、第１光学面７ａに設けられている波長選択性膜Ｆｔを透過した後、第２光学面７ｂで反射され、波長選択性膜Ｆｔを透過してビーム整形ミラー７から出射することにより、ビーム整形が行われる。このとき、対物レンズ９に入射するレーザビームＢ１が光軸ＡＸに対して傾かないように、ビーム整形ミラー７の取り付け角度が設定される。
また、青色レーザビームＢ１と赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３とでビーム強度中心位置にズレがあると、光検出器６でのオフセット等により制御(トラッキング制御，フォーカス制御等)上の問題を招いてしまうので、レーザビームＢ１〜Ｂ３のビーム強度中心位置を一致させるため、図１に示すように、青色用の半導体レーザ１ｂを傾けて取り付ける。レーザビームＢ１〜Ｂ３の光強度中心位置が一致するように、青色用のレーザ光源１ｂを傾けて配置することにより、他のレーザビームＢ２，Ｂ３に対する位置のズレを簡単な構成で補正することが可能となる。なお、コリメートレンズ４を各半導体レーザ１ａ，１ｂについて分けて配置し、青色用の半導体レーザ１ａからそれに対応するコリメートレンズまでを光軸垂直方向に移動させることによっても、ビーム強度中心位置を一致させるための調整を行うことが可能である。
一般に、レーザビームを楕円ビームから円形ビームに変換するビーム整形には、楕円ビーム断面の短軸方向にビーム径を拡大するタイプと、楕円ビーム断面の長軸方向にビーム径を縮小するタイプと、がある。図１に示す光ピックアップ装置１１は、楕円ビーム断面の短軸方向に青色レーザビームＢ１のビーム径を拡大するタイプのビーム整形を採用している。ただし、ビーム整形ミラー７の配置を変更することにより、楕円ビーム断面の長軸方向に青色レーザビームＢ１のビーム径を縮小するタイプを光ピックアップ装置１１に採用することも可能である。
図２(Ａ)に、楕円ビーム断面の短軸方向に青色レーザビームＢ１のビーム径を拡大する場合のビーム整形ミラー７の配置とそのときの光路を示し、図２(Ｂ)に、楕円ビーム断面の長軸方向に青色レーザビームＢ１のビーム径を縮小する場合のビーム整形ミラー７の配置とそのときの光路を示す。図２(Ａ)(Ｂ)に示すいずれのタイプでビーム整形を行った場合でも、第１光学面７ａと第２光学面７ｂとが成す角度，間隔等を所定の大きさに調整することにより、レーザビームの光強度分布を楕円形状から理想的な円形状に変換することができる。したがって、リム強度の高い良好なビームスポットを光ディスク１２の記録面上に形成することが可能である。
コリメートレンズ４から出射した赤色レーザビームＢ２又は赤外レーザビームＢ３は、図１に示すように、ビーム整形ミラー７に対し無限系で入射する。そして、ビーム整形ミラー７の第１光学面７ａに設けられている波長選択性膜Ｆｔにより、対物レンズ９に向けて反射される。赤色レーザビームＢ２又は赤外レーザビームＢ３は、ビーム整形ミラー７の第１光学面７ａで反射されるため、発散状態で透明部材７ｃを透過することはない。したがって、ビーム整形ミラー７で非点収差が発生することもない。
第１光学面７ａの波長選択性膜Ｆｔで赤色レーザビームＢ２又は赤外レーザビームＢ３が反射される際には、回折格子Ｇｒの回折作用により赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３は発散光となる。つまり、ビーム整形ミラー７に対し無限系で入射してきた赤色レーザビームＢ２又は赤外レーザビームＢ３は、回折格子Ｇｒの光学的なパワーにより、対物レンズ９に対し有限系で入射することになる。赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３が対物レンズ９に対し有限系で入射する構成により、赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３に対する収差補正を良好に行うことが可能となる。
また、第１光学面７ａの波長選択性膜Ｆｔで赤色レーザビームＢ２又は赤外レーザビームＢ３が反射される際には、回折格子Ｇｒの回折作用により光軸ＡＸに対する傾き補正が行われる。つまり、青色レーザビームＢ１が光軸ＡＸに対して傾いていない最適な状態になるようにビーム整形ミラー７の取り付け角度が設定されるので、赤色レーザビームＢ２又は赤外レーザビームＢ３の方向を回折格子Ｇｒで傾き補正する。例えば、図３(Ａ)に示すように透明部材７ｃに対し青色レーザ光線Ｌ１及び赤色レーザ光線Ｌ２が同じ入射角度で第１光学面７ａから入射した場合、回折格子Ｇｒで傾き補正が行われないと、赤色レーザ光線Ｌ２’(破線)は青色レーザ光線Ｌ１とは異なった方向で第１光学面７ａから出射することになる。本実施の形態のように、回折格子Ｇｒで傾き補正が行うと、その回折作用により赤色レーザ光線Ｌ２(実線)を青色レーザ光線Ｌ１と同じ方向(つまり平行方向)で第１光学面７ａから出射させることが可能になる。これにより、回折格子Ｇｒの回折作用により、レーザビームＢ１〜Ｂ３を対物レンズ９に対して同じ方向から入射させることができ、結果としてコマ収差の発生を回避することができる。
以上説明したように光ピックアップ装置１１は、青色レーザビームＢ１が対物レンズ９に対し無限系で入射し、赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３が対物レンズ９に対し有限系で入射するように構成されているので、各レーザビームＢ１〜Ｂ３に対する収差補正を良好に行うことが可能となる。赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３が対物レンズ９に対し有限系で入射するように構成しても、赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３は波長選択性膜Ｆｔで反射するので、ビーム整形ミラー７での非点収差の発生は無い。一方、青色レーザビームＢ１はビーム整形ミラー７で光強度分布が楕円形状から円形状に変換されるので、微小なビームスポットを効率良く得ることができる。
さらに、赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３に対する回折格子Ｇｒのレンズ機能によると、ビーム整形ミラー７に対し無限系で入射する赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３を回折作用により発散させる構成になっているので、レーザビームＢ１〜Ｂ３とも無限系でビーム整形ミラー７に入射するように、コリメートレンズ４を配置した設計にすることができる。３波長とも無限系で構成することにより復路での結像位置を同じにできるので、コリメート位置から光検出位置までの距離を同じに設計できるため、各レーザビームＢ１〜Ｂ３を受光する光検出器６は１つで済み、光検出器６の共用により部品点数の削減が可能となる。また、赤色レーザビームＢ２及び赤外レーザビームＢ３に対する回折格子Ｇｒの光軸補正機能により、３波長のレーザビームＢ１〜Ｂ３を対物レンズ９に対して同じ方向から入射させることができ、結果としてコマ収差の発生を回避することができる。したがって、３波長で良好なビームスポットを得ることができる、３波長互換の光ピックアップ装置１１を実現することができる。
上記光ピックアップ装置１１のように構成すれば、簡単かつコンパクトでありながら、３波長λ１〜λ３のビーム整形と光軸ＡＸに対する傾き補正により、良好な信号(例えば、記録信号，再生信号)を得ることが可能である。３波長λ１〜λ３のいずれのレーザビームＢ１〜Ｂ３を用いた場合でも対物レンズ９に対して同じ方向から入射させることができるので、３種類の光ディスク１２(ＢＤ，ＤＶＤ，ＣＤ)に対する互換性を確保することができる。また、波長の短い青色レーザビームＢ１には高い光利用効率が求められるため、そのビーム整形によって良好なビームスポットが得られることには、光ピックアップ装置１１の３波長互換を達成する上での大きなメリットがある。
この実施の形態のように、透明部材７ｃが台形状(又はくさび形状)の断面を有する構成にすれば、ビーム整形を簡単な構成で行うことができ、断面矩形状(又は断面鋸歯形状)の円形溝を複数形成して成る回折格子Ｇｒをビーム整形ミラー７に用いれば、光軸ＡＸに対する傾き補正を簡単な構成で行うことができる。また、３波長のレーザビームＢ１〜Ｂ３の光強度中心位置が一致するように、青色用のレーザ光源１ｂを傾けて配置すれば、他のレーザビームＢ２，Ｂ３に対する位置のズレを簡単な構成で補正することができる。
光ピックアップ装置の一実施の形態を示す模式図。 ビーム整形ミラーの断面及び光路を示す図。 ビーム整形ミラーが有する回折格子の構造・作用を説明するための光路図。 ビーム整形ミラーでの光軸に対する傾き補正を説明するための光路図。
符号の説明
Ｂ１ 青色レーザビーム
Ｂ２ 赤色レーザビーム
Ｂ３ 赤外レーザビーム
Ｌ１ 青色レーザ光線
Ｌ２ 赤色レーザ光線
Ｇｒ 回折格子
Ｆｔ 波長選択性膜
Ｍｒ 全反射膜
１ｂ 青色用の半導体レーザ(レーザ光源)
１ａ 赤色／赤外用の半導体レーザ(レーザ光源)
４ コリメートレンズ
６ 光検出器
７ ビーム整形ミラー
７ａ 第１光学面
７ｂ 第２光学面(反射面)
７ｃ 透明部材
８ 収差補正素子
９ 対物レンズ
１１ 光ピックアップ装置
１２ 光ディスク
ＡＸ 光軸

Claims (7)

  1. 青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームをそれぞれ出射する３つのレーザ光源と１つの対物レンズとで使用波長の異なる３種類の光ディスクに対応する光ピックアップ装置であって、
    前記対物レンズと３つのレーザ光源との間の光路中に、波長選択性膜及び回折格子が設けられた第１光学面と反射面から成る第２光学面とを互いに非平行に有する透明部材で構成されたビーム整形ミラーが配置されており、前記ビーム整形ミラーと３つのレーザ光源との間の光路中に、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを平行光にするコリメートレンズが配置されており、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームの光強度中心位置が一致するように、青色レーザビームを出射するレーザ光源が傾いて配置されており、前記透明部材が台形状又はくさび形状の断面を有しており、前記回折格子が断面矩形状又は断面鋸歯形状の円形溝を複数形成して成るものであり、青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームが前記ビーム整形ミラーに対し無限系で入射し、青色レーザビームが前記対物レンズに対し無限系で入射し、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームが前記対物レンズに対し有限系で入射するように構成されており、前記波長選択性膜が青色レーザビームを透過させ、かつ、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを反射させる波長選択性を有しており、前記波長選択性膜を透過してビーム整形ミラーに入射した青色レーザビームが前記第２光学面で反射された後、前記波長選択性膜を透過してビーム整形ミラーから出射することにより、青色レーザビームの光強度分布が楕円形状から円形状に変換され、前記回折格子が、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを回折させることにより前記ビーム整形ミラーから出射する青色レーザビーム，赤色レーザビーム及び赤外レーザビームの方向が同じになるようにする光軸補正機能と、赤色レーザビーム及び赤外レーザビームを回折作用により発散させるレンズ機能と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
  2. 互いに異なる波長のレーザビームを出射する複数のレーザ光源と１つの対物レンズとで使用波長の異なる複数種類の光ディスクに対応する光ピックアップ装置であって、
    前記対物レンズと複数のレーザ光源との間の光路中に、波長選択性膜及び回折格子が設けられた第１光学面と反射面から成る第２光学面とを互いに非平行に有する透明部材で構成されたビーム整形ミラーが配置されており、前記複数のレーザ光源から出射する複数のレーザビームのうち、第１，第２のレーザビームが前記ビーム整形ミラーに対し無限系で入射し、第１のレーザビームが前記対物レンズに対し無限系で入射し、第２のレーザビームが前記対物レンズに対し有限系で入射するように構成されており、前記波長選択性膜が第１のレーザビームを透過させ、かつ、第２のレーザビームを反射させる波長選択性を有しており、前記波長選択性膜を透過してビーム整形ミラーに入射した第１のレーザビームが前記第２光学面で反射された後、前記波長選択性膜を透過してビーム整形ミラーから出射することにより、第１のレーザビームの光強度分布が楕円形状から円形状に変換され、前記回折格子が、第２のレーザビームを回折させることにより前記ビーム整形ミラーから出射する第１，第２のレーザビームの方向が同じになるようにする光軸補正機能と、第２のレーザビームを回折作用により発散させるレンズ機能と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
  3. 前記透明部材が台形状又はくさび形状の断面を有することを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
  4. 前記回折格子が断面矩形状又は断面鋸歯形状の円形溝を複数形成して成るものであることを特徴とする請求項２又は３記載の光ピックアップ装置。
  5. 前記第１，第２のレーザビームの光強度中心位置が一致するように、第１のレーザビームを出射するレーザ光源が傾いて配置されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
  6. 前記第１のレーザビームの波長よりも前記第２のレーザビームの波長が長いことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
  7. 前記第１のレーザビームが青色レーザビームであり、前記第２のレーザビームが赤色レーザビーム，赤外レーザビームのうちの少なくとも一方であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の光ピックアップ装置。
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