JP2009087413A - 光ディスクドライブ装置、光ピックアップ及びそれに用いられる光学部品 - Google Patents

光ディスクドライブ装置、光ピックアップ及びそれに用いられる光学部品 Download PDF

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Abstract

【課題】 製造時の光学部品の組立て誤差や温度変化などによる、これらのずれやアンバランスの発生が防止又は低減された光ピックアップ及びそれに用いられる光学部品を提供する
【解決手段】 レーザと、前記レーザから出射したレーザ光の偏光方向を切替えるための偏光切替素子と、前記偏光方向に応じて前記レーザ光を複数の光路に分けるための光束分割素子と、前記レーザ光を光ディスクの記録層に集光するための複数の対物レンズと、前記立上げミラーと、前記複数の対物レンズへ至る前記複数の光路の途中にそれぞれ配置される複数の結合レンズとを有する構成とする。そして、前記立上げミラーは、前記複数の対物レンズへ至る前記複数の光路の途中に配置され、前記複数の光路のそれぞれの光束に対して共用されるように構成する。前記複数の結合レンズは、同一の可動部上に連結されて保持されるように光ピックアップを構成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、光ディスク装置の光ピックアップ及びそれに用いられる光学部品に関するものである。より詳しくは、光学情報記録装置の光ピックアップで、2つ以上の規格に互換で対応する互換光ピックアップに関する。
光ディスク規格が多様化するに従い、三波長以上の光源(赤外・赤色・青色光)を用いかつ、さらに多くのディスク規格に対応した互換光ピックアップの市場要求が高まっている。対応する波長/ディスク規格の数だけ、光学系が複雑となり、ピックアップのサイズが大きくなり、小型化が難しくなりつつある。
この改善策として、例えば、光源である半導体レーザを共用化することで低コスト化する方法が提案されている。赤外光を用いた2種類のディスク規格に対応した互換ピックアップ構造として、特許文献1に記載のように、光源を共用化して偏光切替を用いた2規格互換ピックアップが提案されてきた。
特開平9−223327号公報
しかしながら、光源であるレーザ波長の短波長化(赤外→赤色→青色)とディスク規格の多様化によって、2種のみでは足りず、もっと多くの規格に対応したピックアップが求められるようになった。
一方、良いサーボ制御性能を維持する必要性から、1つの可動部に載せられる対物レンズの数には制限があり、現状一つの可動部に搭載できる対物レンズは2つ程度までが主流となっている。この場合、1つの対物レンズで複数の波長に対応する必要があるため、光源である半導体レーザを複数用い、途中で光路を分割/合成する必要がある。ところが、光路を分割/合成すると、複数の光軸間で光軸角度のずれ(相対傾角)が生じやすく、これが、ピックアップの非対称(アンバランス)なジッタ特性や、エラー発生の原因となっていた(特にチルト依存性)。またそのような多波長互換ピックアップは、光学系が複雑となり、小さなサイズに収めることが難しくなりつつある。
さらに、青色光源を用いるなど、高密度化した光ディスクでは、わずかな光学部品の組付け誤差によって、特性に著しくアンバランスが生じたり、また経時変化/温度変化などによって、特性が劣化しやすいという課題が明らかとなってきた。
このように、互換光ピックアップでは、複数の光軸を有するために、光軸どうしの中心位置/角度の一致精度が高くないと、光軸の相対傾きずれやピックアップ特性の不均等(アンバランス、非対称性)が発生しやすい。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、製造時の光学部品の組立て誤差や温度変化などによる、これらのずれやアンバランスの発生が防止又は低減された光ピックアップ及びそれに用いられる光学部品を提供することを目的とする。
上記目的は、例えば、特許請求の範囲に記載の発明により達成できる。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
本発明の光ピックアップは、レーザと、前記レーザから出射したレーザ光の偏光方向を切替えるための偏光切替素子と、前記偏光方向に応じて前記レーザ光を複数の光路に分けるための光束分割素子と、前記レーザ光を光ディスクの記録層に集光するための複数の対物レンズと、立上げミラーと、前記複数の対物レンズへ至る前記複数の光路の途中にそれぞれ配置される複数の結合レンズとを有する構成とする。そして、前記立上げミラーは、前記複数の対物レンズへ至る前記複数の光路の途中に配置され、前記複数の光路のそれぞれの光束に対して共用されるように構成する。前記複数の結合レンズは、同一の可動部上に連結されて保持されるように光ピックアップを構成する。
本発明によれば、光軸の相対傾きずれの発生が防止又は低減され、特性の揃った光ピックアップを提供できる。
本発明に従う光ピックアップは、可能な限り、部品取付誤差(位置・角度)による光軸の相対傾角や収差の発生を防ぐ構成とされ、かつ、複数の光学系に対して部品の共用化を実現することができる。
本発明の実施の形態を、図1〜図12を用いて、以下実施例1〜3で説明する。理解を容易にするため、各図において、同じ作用を示す部分には一部同じ符号を付して説明している。
(2光軸共用光学系)
本発明による、偏光切替により複数対物レンズへ光束を切替えて供給する光ピックアップの構成例について、図1〜図6、図12を用いて説明する。
まず、図2に比較構成例を示す。この比較構成例は、従来構成を一部模したものであるが、本発明の構成との差異が分かりやすいように、一部のみ従来構成を取入れている。この構成では、光源である半導体レーザ41から出射された光を、偏光切替素子42で偏光方向を切替えた後、偏光ビームスプリッタ43で2つの光路へ光束分割している。偏光切替素子42は、具体的には例として液晶を電極間に挟んだもので、印加電圧によって透過光の偏光を切替る。偏光ビームスプリッタを通過した光は、三角プリズム44で反射され、コリメートレンズ45aを通り、λ/4板46を通過して、立上げミラー47aで反射されて、対物レンズ48aで集光されてディスクへ照射される。一方、偏光ビームスプリッタで反射された光は、コリメートレンズ45bを通り、λ/4板46を通過して、立上げミラー47bで反射されて、対物レンズ48bで集光されてディスクへ照射される。なお、一部の青色光ディスクなど、基板厚誤差補正を必要とする光ディスクの光路に対しては、コリメートレンズ45aまたは45bのうち片方の補正を必要とするもののみを駆動する構成としていた。
しかし、この様な構成では、偏光ビームスプリッタ43や三角プリズム44や立上げミラー47a・47bの取付け角度誤差や、コリメートレンズ45a・45bどちらかの駆動機構の取付け誤差(横ずれ)によって、対物レンズ48a・48bから出射される光軸の角度が、正しい垂直方向からずれ、互いに異なる方向を向く、いわゆる相対傾角の誤差が発生した。相対傾角が発生すると、ピックアップの非対称(アンバランス)なジッタ特性やチルト依存性が生じ、ディスクの再生信号特性が劣化した。またそのようなピックアップは、経時変化/温度変化などによっても、特性が劣化しやすくなるという問題点が生じた。
そこで、本発明では、図3のような構成とした。この構成を次に説明する。
本構成では、従来分離していた偏光ビームスプリッタと三角プリズムを一体化して台形偏光ビームスプリッタ6とし、立上げミラー47a・47bを一体化して立上げミラー47cとし、2つのコリメートレンズ45a・45bをレンズ駆動機構可動部49によって連結して共に可動する構成とした。さらに、光束分割素子である台形偏光ビームスプリッタ6を通過後の(2つの対物レンズへ至る)出射方向が2光軸とも、光源であるレーザからの光束の入射方向に対し平行(同方向)となるように配置した。これに応じて、ディスクから反射された信号光を導く検出レンズ50と受光素子51は、前記入射方向に対し垂直(90度)な方向に配置した。検出レンズ50と受光素子51の間に半反射鏡52を挿入し、再生信号専用受光素子53でも再生信号を検知できるようにした。この効果を、次の図4〜図5を用いて説明する。
図4は、従来構成例の問題点を説明する図である。光束分割素子として、図4(a)のような正方形のビームスプリッタ4を用いた場合、入射光1が照射された際、平行出射光2は、わずかな軸中心位置のシフトが生じるものの、光軸の方向は必ず入射光と平行であり、ビームスプリッタ4が組付誤差によって僅かに回転しても、全く同じ方向となる。ところが、反射面で反射され90度進路の曲がった垂直出射光3は、ビームスプリッタ4の回転によって、進行方向が90度からずれる。このため、分割後の2つの光束の角度が、変化し、対物レンズ出射後の光束の進行方向が片方のみ変化して、相対傾角が発生する。この様な問題は、図4(b)のように三角プリズム5を用いた場合でも同様に生じることが分かる。すなわち、図2の偏光ビームスプリッタ43や三角プリズム44の両方で、組付誤差により相対傾角が生じる可能性がある。
そこで、本構成では、図5のように、一体化した台形偏光ビームスプリッタ6を用いた。本構成を用いると、図5(a)のように、光束分割後の出射光は、2光束共、入射光1と平行な平行出射光2a・2bとなり、台形偏光ビームスプリッタ6が組付誤差によって回転しても、相対傾角が生じない。これは、図5(b)の様に、入射光1aと出射光の方向が垂直な場合に比べて、組付許容誤差を大きく緩和するものであることが分かる。さらに、図5(a)では、図5(b)に比べて、出射光2bの軸中心位置のシフトもずっと少なくなることが分かる。軸中心位置のシフトが抑えられることで、対物レンズより出射する光束の収差の発生も抑えられる。これにより、図5(a)では、対物レンズより出射する光束の相対傾角・強度分布共に、一致精度が改善され、収差特性も改善することが分かる。なお、このような効果は、平行(0度)だけでなく、反平行(180度)となる配置でも得ることができる。
さらに、図3の様にコリメートレンズ45a・45bを、同一のレンズ駆動機構可動部49によって連結し、共に可動する構成とする構成とした。この効果を、次の図6(a)、図6(b)を用いて説明する。
図6(a)は、球面収差補正のためのコリメートレンズ駆動を、光束分割した後の2光軸両方に対して行った場合、図6(b)は、どちらか片側に対して行った場合である。球面収差補正は、記録媒体であるディスクの基板厚誤差(カバー層厚誤差)を補正するために必要であるが、このためのレンズ駆動機構を片側のみに使用した図6(b)の構成の場合、レンズ駆動機構の取付角度誤差・取付位置誤差があると、レンズ駆動機構可動部49が図の様にずれるため、コリメートレンズ45aの中心が、入射光1bの中心に対してずれて光軸が傾き、通過した2光軸間で相対傾角が発生する。なおコリメートレンズ45aを固定してコリメートレンズ45bのみを可動させた場合でも同じである。一方、図6(a)の場合、両方のコリメートレンズ45a・45bが機械的に連結されているため、2つのコリメートレンズの間隔は、一定に保たれる。レンズ駆動機構の取付角度誤差・取付位置誤差があっても、およそ光学系の倍率が同じであれば、入射光1b・1cに対し、通過後、両方の光軸が同じ様にずれるため、相対傾角の発生が防げる。2光軸間で光学系の倍率が2〜3割異なる場合でも、図6(b)に比べて数分の1に抑えることができる。これにより、2光軸の両方で多層対応する場合でも、相対傾角の発生を抑えることができる。なお、球面収差の補正にはコリメートレンズまたは結合レンズのどちらを駆動しても補正の効果があり、ここではレンズの名称には拘らない。
さらに、立上げミラー47a・47bを一体化することで(→47c)、2光軸の角度を保ったまま対物レンズより出射することができる。
即ち、これら4項目の部品における相対傾角の発生を抑えることで、主要な相対傾角の発生要因全てに対策でき、最終的な(対物レンズ出射時の)相対傾角をほぼゼロ近くに抑えられる。このように部品ごとの回転ずれによる相対傾角発生を防いだ構成では、温度変化や経時変化に対しても安定で、信頼性が高い。
即ち、本構成においては、複数の対物レンズを有する光ピックアップで、同一レーザの出射光を偏光切替により複数対物レンズへ切替えて供給する構成において、複数の往路光束に対し一体の立上げミラーが共用されており(共通した一枚の反射鏡であり)、かつその光束の途中において各々挿入される複数のレンズ(結合レンズまたはコリメートレンズ)が、同一の可動部上に連結されて保持されている。これにより、結合レンズを保持する可動部全体が位置ずれして固定された場合も、2光軸間で相対傾角が発生しない。2つの結合レンズの間隔が一定に保たれているため、2光軸に対するずれ量がほぼ同じ値に保たれるため、出射光軸角度を2軸間で一致させることができる。また、光束分割素子や立上げミラーの回転に対して相対傾角や収差が発生しないため、組立時の回転調整精度を緩和することができ、低コスト化できる。また、光軸中心ずれを最小限に抑えることができるため、チルト特性の中心が揃い、特性の良好なピックアップを高い歩留りで作製できる。
また、光軸の一致精度を高められるため、再生信号専用受光素子53上の受光面上の集光点が小さくなり、受光面サイズを小さくすることができる。受光面サイズを小さくできると、焦点のぼやけた他層の迷光の影響を小さくできるため、多層記録媒体(多層ディスク)において特に再生信号のノイズを低減できる。なお、サーボ用信号とは別に再生信号上を検出してノイズを低減できるため、受光素子上では、3スポット法に対応した受光面とすることができ、偏光切替素子42に3スポット用の回折格子を一体化することで、トラッキング検出に3スポット法を用いることが可能となっている。
また、本構成においては、光軸の一致精度を高められるため、2種類の対物レンズを用いて再生する複数種類の記録媒体の両方に対し、多層記録媒体に対応したやや大きな球面収差を補正するよう、レンズを広い範囲で可動しても、レンズの移動に伴う相対傾角の発生を防ぐことができる。一般に、N層の媒体では、(N−1)層間隔分の球面収差補正範囲が必要となる。3層以上の多層媒体では、従来2層対応に比べて倍以上の球面収差補正範囲が必要となる。例えば、波長405nm程度の青色光を用いる場合、開口数(NA)が0.65程度、層間隔が50μm程度で、従来2層のみで補正駆動機構が不要であった場合でも、3層以上では±0.1λrms近い球面収差が発生するため、球面収差補正駆動が必要となる。また3層以上の多層媒体では、結合レンズの可動範囲が大きく、可動範囲が広いと、光軸傾きによって、軸中心位置ずれ発生しやすくなる。相対傾角がある場合、結合レンズ可動機構(球面収差補正駆動機構)の駆動時、両軸に対し同時に光軸傾きをゼロにできる配置がなく、誤差が生じやすい。本発明では、相対傾角や光軸中心位置ずれの発生を防げるので、両軸に対して同時に光軸傾きをなくすよう結合レンズ可動機構を調整できる。本構成例では、3層以上の媒体に対応した可動範囲を確保した。この可動範囲は、対応するディスク規格にもよるが、典型的に駆動するレンズの焦点距離f=20mmで、可動範囲を3mm以上となる。
また、本構成においては、複数の対物レンズを有する光ピックアップで、同一レーザの出射光を偏光切替により複数対物レンズへ切替て供給する構成において、光束分割素子で、光源からの光束の入射方向に対して、複数の対物レンズへ至る複数の往路光束の出射方向がいずれも前記入射方向に対して平行(0度または180度)であり、かつ受光素子へ至る復路光束の出射方向が前記入射方向に対して垂直(90度)としている。入射/出射が同じ方向となる配置では、出射光軸角度を2軸間で一致させることができるため、これにより、往路で2つの光軸間で、相対傾角や収差が発生せず、出射光軸角度を2軸間で一致させることができる。光束分割素子の回転調整精度が緩和され、かつ軸中心ずれも最小限に抑えることができる。これにより、チルトずれの許容誤差が厳しい高密度光ディスクにおいても、チルト特性の中心が揃うため、歩留りが向上する。チルト特性の中心が揃い、複数の規格のディスクの再生で特性の揃ったピックアップを構成できる。光束分割素子の回転があっても、光軸中心のずれを最小限に抑えることができるため、収差の発生も小さく抑えることができる。また、復路においては、図5(b)の逆向き光路を取ることによって、2つの光軸の角度を平行に保ったまま、2光軸の中心位置のみを平行移動できるため、2光軸のOEIC 上の集光点の位置合わせを、光束分割素子の回転角度によって調整できる。光束分割素子の回転があっても、往路系には収差はほとんど発生しないため(復路系は収差が多少あっても大きな特性の劣化がなく)、部品の取付誤差により生じる2光軸間隔の誤差を、光束分割素子である台形偏光ビームスプリッタ6の回転角度によって合わせ調整できる。2光軸間の相対的な強度分布ずれが、台形プリズム回転により、ある範囲で調整可能となる。これにより、2光軸の特性の両者ベストの中間を狙って調整でき、受光素子を共用化しつつ歩留り向上できる。
また、本構成では、液晶の偏光切替素子を用いることで、機械的な切替可動部が不要となり、光学的な部品の位置が切替に伴い変化しないため、上記構造との組合せでさらに光軸の振れを低減できる。
なお、図3の構成は、光束分割素子が偏光ビームスプリッタではなく、半反射鏡となる反射面を備えた通常のビームスプリッタの場合にも適用できる。その際の利点も、偏光に関する部分以外は共通である。出射光軸角度を2軸間で一致させることができ、また、光束分割素子や立上げミラーの回転に対して相対傾角や収差が発生しない、組立時の回転調整精度を緩和することができる、チルト特性の中心が揃うなどの利点は、このように半反射鏡の反射面を備えたビームスプリッタの場合も同様である。
なお、光束分割素子が偏光ビームスプリッタの場合は、例えばピットによるアドレスマークを備えたディスク記録媒体の再生時、次の図12の様な構成を用いた場合にも特有の利点が生じる。
図12は、図3の構成における半導体レーザ41と受光素子51の配置を入替えたものである。光束分割素子を通過して対物レンズへ至る往路光束の出射方向が、2光軸共、いずれも入射方向に対して垂直(90度)である。なお、復路光束については、対物レンズから戻ってきた光束の入射方向に対し、受光素子へ向かう出射方向は、平行(0度または180度)方向となっている。偏光光学系を用いる場合、光束がプリズムの内面を反射する際には、異なる偏光方向に対し、異なる位相差が発生しやすく、偏光が乱れることにより、再生信号が歪む場合がある。2光軸間で同じ部品を共用する場合、どちらかの光軸の位相差が打消せずに残ってしまうと、対物レンズから出射される光の偏光が回転したり、楕円偏光となることで、再生時のサーボ信号が乱れるといった症状が生じる。例えばピットによるアドレスマークを備えたディスク記録媒体の再生の際に、乱れた偏光によって、サーボ信号や再生信号の乱れが生じるといった症状となる。そこで、大きな位相差が発生しやすい、プリズム内での反射の回数を揃えることが重要になる。
往路光束の出射方向を、入射方向に対して垂直(90度)に配置した場合は、これを防ぐことが容易となる。具体的には、レーザから対物レンズへ向かって光束分割素子の内面で光が反射する際に、光束分割素子内で光の反射回数は、入射/出射方向が平行となる図3の配置の場合は0回と2回で異なっているのに対し、入射/出射方向が垂直となる図12の配置の場合は、2光軸のどちらへ光が進行する場合でも反射回数は1回であり、2光軸間で同じ回数である。反射回数を同じ回数とすることで、位相差の発生量を、2光軸間でほぼ一致させ、近い値とすることができる。位相差が揃うことで、2光軸間で部品を共用しても、対物レンズより出射される光を、両方同時に綺麗な正円偏光とするよう調整することが、部品の設計により可能となる。偏光特性が揃うため、ディスクの構造により生じる光学信号上の不均一の発生を小さく抑えるとこができる。
即ち、本構成においては、複数の対物レンズを有する光ピックアップで、光束分割素子が偏光ビームスプリッタを兼ね、同一レーザの出射光を偏光切替により複数対物レンズへ切替て供給する構成において、光源からの光束の入射方向に対して、光束分割素子を通過して複数の対物レンズへ至る複数の往路光束の出射方向をいずれも垂直(90度)方向となるよう配置している。これにより、光束分割素子内で光の反射回数をの2光軸間で一致させることができ、反射の際の位相差の発生量を、2光軸間でほぼ一致させることができる。共用の部品を用いても2光軸間で偏光特性が揃うため、ディスクの構造によって生じるサーボ信号や再生信号の乱れを小さく抑えるとこができる。
(赤色光学系との組合せ)
次に、本発明による多規格互換の光ピックアップの光学系の実施の形態の一例を、図7〜10を用いて説明する。
まず、本発明の構成の特徴について、図8〜10を用いて説明する。まず、図8に比較構成例を示す。この比較構成例は、従来構成を一部模したものであるが、本発明の構成との差異が分かりやすいように、一部のみ従来構成を取入れている。なお、再生に青色光を用いる2種の記録媒体(ディスク)と、赤色光・赤外光を用いる記録媒体を、一つの光ピックアップで両方再生できるよう構成されている。以後、青色光用の光学系を青色光学系、赤色光と赤外光用の光学系を赤色光学系と呼ぶ。
図8の様に、比較構成では、対物レンズ60を挟んで、青色光学系61と赤色光学系62とが反対側に配置されている。図8の様に、台形プリズム63を用いて青色光学系と赤色光学系を光束分割する場合、2階建て構造となり、ピックアップ高さ64aが高く、ピック全体が厚くなってしまう。
そこで、図9の様に、台形プリズム63に代えて、ミラーと波長版の組合せ構造65を用いる。このミラーと波長版の組合せ構造65の構造を、より詳しく図10で説明する。
図10(a)(b)(c)は、各々、ミラーと波長版の組合せ構造の中身の具体的な構成例である。
まず図10(a)は、複合反射鏡と反射面付λ/4板の組合せとする構成である。複合反射鏡は、ガラス板80の片面にダイクロイックミラー膜81、もう一面にPBSミラー膜82が形成されている。反射面付λ/4板は、λ/4板83の裏面に無偏光ミラー膜84が形成されている。この複合反射鏡と反射面付λ/4板を図10(a)の様に45度を成して配置している。このように構成したミラーと波長板の組合せ構造に、青色光学系61からの青色光が入射すると、ダイクロイックミラー膜81にて反射して対物レンズ60の側に導かれる。そして、記録媒体で反射し、対物レンズ60を通過した青色光は、ダイクロイックミラー膜81によって反射され、直ちに左側の青色光学系61へ導かれる。
一方、赤色光学系62からの光は、PBSミラー膜82で反射する。ここで、赤色光学系62の光は、PBSミラー膜82にて反射するように偏光方向が調整されている。PBSミラー膜82にて反射した赤色光学系62の光は、λ/4板83を透過して無偏光ミラー膜84で反射され、再びλ/4板83を通過する。この時点で、赤色光学系62からの光は、偏光方向が90度回転しているので、PBSミラー膜82を通過し、ダイクロイックミラー膜81も通過して、対物レンズ60を介して記録媒体に導かれる。そして、記録媒体で反射し、対物レンズ60を通過した戻り光は、ダイクロイックミラー膜81は通過し、PBSミラー膜82も通過し、λ/4板83を通過して無偏光ミラー膜84で反射され、再びλ/4板83を通過した時点で偏光が90度回転し、今度はPBSミラー膜82で右側へ反射され、赤色光学系62に導入される。
図10(b)は、図10(a)の複合反射鏡をプリズムとしたものであり、ガラス板80に代えてプリズムのガラス材85で挟んだものである。ダイクロイックミラー膜81とPBSミラー膜の間のガラス板80は、非常に薄く、または省いてしまうことができる。斜めに挿入されたガラス板80がなくなることで、収束・発散光中に挿入しても、非点収差やコマ収差が発生しない利点がある。
図10(c)は、図10(b)のプリズムと反射面付λ/4板を一体化したもので、プリズムとλ/4板上の無偏光ミラー膜84の平行度が保てるため、青色光学系61へ向かう光軸と赤色光学系62へ向かう光軸の角度ずれを防ぐことができる。
上記、図10(a)(b)(c)のミラーと波長版の組合せ構造を用いることで、図9の様に、青色光学系61と赤色光学系62を、ほぼ同じ高さに配置することができる。これにより、ピックアップ高さ64bを低く収めることができ、コンパクトな光ピックアップとすることができる。
再び、図7に戻って説明する。図7では、図10(a)に相当するミラーと波長版の組合せ構造を用いている。複合反射鏡54と反射面付λ/4板55を用いて、左半分の青色光学系と、右半分の赤色光学系に分離している。
まず、青色光学系について説明する。半導体レーザ41から出射された光は、偏光切替素子42を通過し、光束分割素子である台形偏光ビームスプリッタ6へ入射する。台形偏光ビームスプリッタ6内では、偏光方向に応じて、45度反射面における透過/反射が決まる。台形偏光ビームスプリッタ6内の45度反射面を透過した光は、そのままコリメートレンズ45bへ向かう。一方、台形偏光ビームスプリッタ6内の45度反射面で反射した光は、コリメートレンズ45aへ向かう。
コリメートレンズ45a・45bは、レンズ駆動機構可動部49上に連結されて保持されており、この可動部はステッピングモータにより光軸方向に移動可能なように構成されている。コリメートレンズ45a・45bを通過した光は、各々、λ/4板46を通過し、複合反射鏡54で反射され、結合レンズ56a・56bを通過して、対物レンズ48a・48bより出射される。
記録媒体により反射された再生信号光は、再び対物レンズ48a・48bを通過し、結合レンズ56a・56bを通過して、複合反射鏡54で反射され、λ/4板46を通過し、コリメートレンズ45a・45bを通過して、台形偏光ビームスプリッタ6へ入射する。この際、各々の光束はλ/4板46を2回通過したことにより偏光が90度回転しているため、今度はコリメートレンズ45aを通過した光が台形偏光ビームスプリッタ6で透過し、コリメートレンズ45bを通過した光が台形偏光ビームスプリッタ6で反射され、共に検出レンズ50へ向かう。
検出レンズ50を通過した光は、受光素子51上の検出面で検出され、電気信号に変換される。なお、青色光では、再生信号の信号/ノイズ比(S/N比)が不足するため、検出レンズ50と受光素子51の間に設けた半反射鏡52で一部の光を分割して専用の再生信号検出器53で検出し、高い信号/ノイズ比で検出できる構成としている。
次に、赤色光学系について説明する。半導体レーザ71a・71bから各々出射された光は、補助レンズ72a・72bを通過し、3スポット法用の回折格子73a・73bを通過し、ビームスプリッタ74a・74bを通過し、コリメートレンズ75a・75bを通過し、複合反射鏡54へ照射される。この際、照射される光束は、完全な平行光ではなく、若干収束発散光となるよう調整されている。照射された光束は、複合反射鏡54で一旦反射され、反射面付λ/4板55で反射されて偏光が90度回転した後、今度は複合反射鏡54を透過して、結合レンズ56a・56bを通過して、対物レンズ48a・48bより出射される。記録媒体により反射された再生信号光は、再び対物レンズ48a・48bを通過し、結合レンズ56a・56を通過して、複合反射鏡54を一旦透過し、反射面付λ/4板55で反射されて再び偏光が90度回転した後、複合反射鏡54で今度は反射され、コリメートレンズ75a・75bを通過し、ビームスプリッタ74a・74bで反射され、検出レンズ76a・76bを通過し、受光素子77a・77bで検出される。
この様にして、2つの対物レンズ48a・48bと、青色光・赤色光・赤外光を用いて、一つの光ピックアップで4種類以上の規格のディスクに対応することができる。
本構成では、青色光学系と赤色光学系の高さをほぼ同じ高さに揃えることができ、図8の様な2階建て構造に比べて、ピックアップ高さを低く抑えられ、コンパクトな光ピックアップができる。また、図7の本構成例では特に、複合反射鏡54で青色光学系全体の角度、反射面付λ/4板55で赤色光学系全体の角度を独立して調節することができるため、加工調整の自由度が増す。
即ち、本構成においては、ダイクロイックミラー膜と、PBSミラー膜と、λ/4板と、無偏光ミラー膜とが、この順に一直線上に配置されており、前記ダイクロイックミラー膜と前記PBSミラー膜は一体の光学素子に平行して形成し、かつ前記ダイクロイックミラー膜と前記PBSミラー膜が前記無偏光ミラー膜に対して45°の角度をなして配置したミラーと波長板の組合せ構造を用いている。本構成を用いることで、これにより、異なる波長用の2つの光学系を、光束を本組合せ構造挟んで互いに反対側に分割でき、かつ2つの光学系の段差を小さくでき、全体としてコンパクトに構成できる。
また、本構成においては、ダイクロイックミラー膜とPBSミラー膜とλ/4板と無偏光ミラー膜が、一体の光学素子に形成された、ミラーと波長板の組合せ構造を用いている。本構成を用いることで、ダイクロイックミラー膜とPBSミラー膜が無偏光ミラー膜に対し45°からずれることによる、光軸の角度誤差を防ぐことができる。また、ミラーを一体化することで、更にピック高さを低減でき、ピックを小さく薄く作ることができる。
また、本構成においては、ミラーと波長板の組合せ構造が、対物レンズの並びに沿って配置され、複数の対物レンズ間で共用化した光ピックアップ構造としている。本構成を用いることで、複数対物レンズに入射する全光軸に対し、同時に光軸の角度を一致させることができ、全規格の記憶媒体(ディスク)に対し同時に特性(チルト特性)の揃ったピックアップを低コストに製造できる。
また、本構成においては、ミラーと波長板の組合せ構造において、前記波長板を通過する光束が収束発散光となるよう光ピックアップを構成している。収束発散光は、多重反射を起こした場合、多重反射光は光路長が異なって対物レンズに入射するため、焦点距離が異なって見える。本構成を用いることで、焦点距離の違いを利用して、部品間を複数回反射する不要光が受光素子へ戻った際の、戻り光の影響を低減することができる。
即ち、本構成においては、ダイクロイックミラー膜とPBSミラー膜を一体の光学素子上に平行して形成し、λ/4板と無偏光ミラー膜に対して45°の角度をなして対物レンズ下に配置したミラーと波長板の組合せ構造を用いて、青色光学系と赤色光学系への光束を合成した光ピックアップとしている。
本構成を用いることで、2階建て構造をとらずに、青色用光路と赤色用光学系を(対物レンズに対して反対方向に)分離できる。光束を対物レンズを挟んで互いに反対側に分割でき、かつ段差を小さくできる。1階建て構造で済むことにより、ピックを小さく薄く作ることができる。
(情報再生装置の全体構成)
次に、本発明による情報再生装置の、全体構成の実施の形態の一例を、図11を用いて説明する。
記録媒体である光ディスク7は、回転サーボ回路8によって回転速度が制御されたモータ9上に取付けられている。この媒体に対して、レーザ駆動回路10により駆動された半導体レーザ11a・11b・11cからの光を照射する。半導体レーザ11a・11b・11cは、各々波長の異なる半導体レーザであり、11aは赤外光半導体レーザ、11bは赤色半導体レーザ、11cは青色半導体レーザを用いている。
赤外および赤色の半導体レーザ11a・11bの光は、各々、3スポット法用の回折格子12a・12bを通過し、コリメートレンズ15a・15bを通過し、ビームスプリッタ17a・17bを通過し、λ/4板18a・18bを通過し、ビームスプリッタ19a・19bで反射されて、対物レンズ20a・20bで集光されて、記録媒体である光ディスク7へ照射される。
対物レンズ20a・20bはアクチュエータ21上に取付けられており、焦点位置を、焦点サーボ回路22の信号によって焦点深度方向(フォーカス方向)に、トラッキングサーボ回路23の信号によってトラック方向に、それぞれ駆動できるようになっている。図11に示した例では、対物レンズ20aは、CDとHD DVDの互換レンズであり、対物レンズ20bは、DVDとBDの互換レンズである。
照射されたうち一部の光がディスク7によって反射され、再び対物レンズ20a・20bを通過し、ビームスプリッタ19で反射され、λ/4板18a・18bを通過して、ビームスプリッタ17a・17bにより反射されて、今度は検出レンズ24a・24bを通過して、受光素子25a・25b上の検出面で検出され、電気信号に変換される。なお、ビームスプリッタ19a・19bは、図11上では2つの部品に分かれているが、実際は、図7の複合反射鏡54と反射面付λ/4板55の様に、一体の光学部品である。
青色の半導体レーザ11cの光は、3スポット法用の回折格子12cを通過し、偏光方向を制御する偏光切替素子13を通過し、光束分割素子である台形の偏光ビームスプリッタ14へ入射する。偏光ビームスプリッタ14内では、偏光方向に応じて、45度反射面における透過/反射が決まる。偏光ビームスプリッタ14内の45度反射面を透過した光は、そのままコリメートレンズ15cへ向かう。一方、偏光ビームスプリッタ14内の45度反射面で反射した光は、コリメートレンズ15dへ向かう。コリメートレンズ15c・15dは、レンズ駆動機構の可動部上に連結されて保持されており、この可動部はステッピングモータ16により光軸と平行な方向に移動可能なように構成されている。
コリメートレンズ15c・15dを通過した光は、各々、λ/4板18cを通過し、ビームスプリッタ19b・19aを通過し、対物レンズ20b・20aにより集光されて、記録媒体である光ディスク7へ照射される。照射されたうち一部の光がディスク7によって反射され、再び対物レンズ20b・20aを通過し、ビームスプリッタ19b・19aを通過し、λ/4板18cを通過して、コリメートレンズ15c・15dを通過し、台形の偏光ビームスプリッタ14へ入射する。この際、各々の光束はλ/4板18cを2回通過したことにより偏光が90度回転しているため、今度はコリメートレンズ15cを通過した光が偏光ビームスプリッタ14で透過し、コリメートレンズ15dを通過した光が偏光ビームスプリッタ14で反射され、共に検出レンズ24cへ向かう。検出レンズ24cを通過した光は、受光素子25c上の検出面で検出され、電気信号に変換される。なお、青色光では、再生信号の信号/ノイズ比(S/N比)が不足するため、検出レンズ24cと受光素子25cの間に半反射鏡26を挿入して、高S/Nの再生信号検出器27を併設している。
これら受光素子25a・25b・25c上で変換された電気信号は、各々の受光素子内の光電流アンプで増幅され、この信号を元に加減算して、フォーカス誤差信号生成回路22にてフォーカス誤差信号を、トラッキング誤差信号生成回路23にてトラッキング誤差信号を、加算器28にて再生信号(RF信号)を生成する。なお受光素子25上の受光面として、本例では四分割光検出器を用い、フォーカス誤差を非点収差法により検出している。また、これに対応するために、検出レンズ24a・24bとして、凹レンズと円柱レンズの複合レンズを用いている。
前記再生信号は、等価回路31、レベル検出回路32、同期クロック生成回路33を経て、複号回路34にて、記録された元のデジタル信号に変換される。また、同期クロック生成回路33は同時に、合成された再生信号を直接検知して同期信号を生成し、復号回路34へ供給する。これらの一連の回路は、主制御回路35によって統括的に制御される。
不揮発メモリ素子36は、ピックアップ(可動部)上に搭載されており、主制御回路35とデータ読出し線37によってつながれている。前記不揮発メモリ素子36は、各規格の光ディスクに対応したステッピングモータ16の初期位置や、半導体レーザ41の駆動条件や、各光軸の傾き角や、受光素子25と再生信号検出器27の感度比や、フォーカス誤差信号生成回路22やトラッキング誤差信号生成回路23で用いる信号混合比(k値)など、ピックアップ固有の情報を格納している。これにより、情報再生装置(光ディスクドライブ装置)の、初期化時の調整(学習)に要する時間を短縮でき、情報再生装置の起動が高速化できる。
光学系の全体は、モータ9の保持するディスク7に対し、取付け角度を調整する調整機構を備えている。これにより、ピックアップ光学系において、光軸の垂直出射誤差が残っていても、光束出射方向がすべての光軸で同じ角度に揃っていれば(相対傾角さえ0度であれば)、最後に残った光軸の垂直出射誤差は、ピックアップ全体をドライブ装置に傾けて取付けることにより打消して、ほぼ0度に相殺することができる。
即ち、本構成においては、実施例1に記載の光ピックアップを、ドライブ装置に対して傾き調整して取付けられる機構と併用することで、最終的に残った光ピックアップ光軸の垂直出射誤差をほぼ完全に相殺することができる。これにより、ドライブ装置(情報再生装置)全体として、チルト特性のアンバランスを無くし、良好な再生特性と記録特性をえることができ、全体としての歩留りが向上する。
また、本構成においては、特に、単一波長光源のみならず、複数の波長の光源を用いた光ピックアップおよびドライブ装置(情報再生装置)において、実施例2に記載のミラーと波長板の組合せ構造を用いた光ピックアップを用いることで、ドライブ装置全体を、薄型化し部品部材を削減でき、かつ相対傾角の発生を抑えることができるため、複数規格互換のドライブ装置においても情報の記録再生を高信頼化し、かつ歩留り向上して低コスト化できる。
なお、青色光の再生信号としては、受光素子25cのRF信号と、再生信号検出器28の信号(専用RF信号)を選択できるよう、再生信号切替手段30を設けている。再生信号検出器28は、RF信号を受光するための専用の単一受光面の受光器であり、RF信号増幅を行う初段光電流アンプの数を1つに絞れるため、ノイズの発生が少なく、高S/N比の良好な再生信号を得ることができる。また、サーボ系の受光素子とは独立しているため、ノイズの小さい交流アンプ(ACアンプ)や化合物半導体トランジスタのアンプを用いることができる。これにより、高倍速でも信頼性の高い安定した複号を行える。また、サーボ用の受光素子25cと独立して非点収差の影響を受けない光束を専用の受光面で受光できるため、受光面上のスポットを小さくすることができ、多層媒体の再生において他層からの迷光を極力低減して受光できるため、特に前後2層からの迷光が同時に発生する場合が生じる3層以上の多層媒体の再生時に、さらにS/N比の高い再生信号を得ることができる。
即ち、本構成では、偏光切替により複数の光路と複数の対物レンズを切替えて使用される、多規格互換ドライブ装置において、同一光源波長に対し異なる2つの規格の媒体に対し同時に高S/N比の再生信号を必要とする場合にも、非点収差の影響を受けずにRF信号を受光する専用の受光面により他層からの迷光の混入を抑えて、多層媒体の再生時に高S/N比の再生信号を得ることができるという利点を有する。
以上、本発明に従う光ピックアップ及び光ディスク装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良や変形を行うことができる。
本発明による、光学系の構成例である。 本発明の原理を説明する比較構成例である。 本発明による、光学系の構成例である。 光学部品例とその特性の説明図である。 本発明に用いる光学部品例とその特性の説明図である。 本発明に用いる光品例とその特性の説明図である。 本発明による、光学系の構成例である。 本発明の原理を説明する比較構成例である。 本発明による、光学系の配置構成例である。 本発明による、光学部品の組合せ構成例である。 本発明による光情報再生装置の全体構成例である。 本発明による、光学系の構成例である。
符号の説明
1・1a…入射光
2・2a・2b…平行出射光
3…垂直出射光
4…ビームスプリッタ
5…三角プリズム
6…台形偏光ビームスプリッタ
7…光ディスク
8…回転サーボ回路
9…モータ
10…レーザ駆動回路
11a・11b・11c…半導体レーザ
12a・12b・12c…回折格子
13…偏光切替素子
14…偏光ビームスプリッタ
15a・15b・15c・15d…コリメートレンズ
16…ステッピングモータ
17a・17b…ビームスプリッタ
18a・18b・18c…λ/4板
19a・19b…ビームスプリッタ
20a・20b…対物レンズ
21…アクチュエータ
22…焦点サーボ回路
23…トラッキングサーボ回路
24a・24b・24c…検出レンズ
25a・25b・25c…受光素子
26…半反射鏡
27…再生信号検出器
28…加算器
30…再生信号切替手段
31…等価回路
32…レベル検出回路
33…同期クロック生成回路
34…複号回路
35…主制御回路
36…不揮発メモリ素子
37…データ読出し線
41…半導体レーザ
42…偏光切替素子
43…偏光ビームスプリッタ
44…三角プリズム
45a・45b…コリメートレンズ
46…λ/4板
47a・47b・47c…立上げミラー
48a・48b…対物レンズ
49…レンズ駆動機構可動部
50…検出レンズ
51…受光素子
52…半反射鏡
53…再生信号検出器
54…複合反射鏡
55…反射面付λ/4板
56a・56b…結合レンズ
60…対物レンズ
61…青色光学系
62…赤色光学系
63…台形プリズム
64a・64b…ピックアップ高さ
65…ミラーと波長版の組合せ構造
71a・71b…半導体レーザ
72a・72b…補助レンズ
73a・73b…3スポット法用の回折格子
74a・74b…ビームスプリッタ
75a・75b…コリメートレンズ
76a・76b…検出レンズ
77a・77b…受光素子
80…ガラス板
81…ダイクロイックミラー膜
82…PBSミラー膜
83…λ/4板
84…無偏光ミラー膜
85…ガラス材

Claims (14)

  1. 光ピックアップであって、
    レーザと、
    前記レーザから出射したレーザ光の偏光方向を切替えるための偏光切替素子と、
    前記偏光方向に応じて前記レーザ光を複数の光路に分けるための光束分割素子と、
    前記レーザ光を光ディスクの記録層に集光するための複数の対物レンズと、
    立上げミラーと、
    前記複数の対物レンズへ至る前記複数の光路の途中にそれぞれ配置される複数の結合レンズとを有し、
    前記立上げミラーは、前記複数の対物レンズへ至る前記複数の光路の途中に配置され、前記複数の光路のそれぞれの光束に対して共用されており、
    前記複数の結合レンズは、同一の可動部上に連結されて保持されていることを特徴とする光ピックアップ。
  2. 請求項1に記載の光ピックアップであって、
    前記複数の結合レンズが、3層以上の記録層を有する媒体に対応した可動範囲を持つことを特徴とする光ピックアップ。
  3. 請求項1に記載の光ピックアップであって、
    前記光束分割素子は、前記レーザから出射したレーザ光の入射方向に対して、複数の対物レンズへ至る複数の往路光束の出射方向がいずれも平行になり、かつ、受光素子へ至る復路光束の出射方向が前記入射方向に対して垂直になるように配置されていることを特徴とする光ピックアップ。
  4. 請求項1に記載の光ピックアップであって、
    前記光束分割素子が偏光ビームスプリッタを兼ねており、かつ、前記レーザから出射したレーザ光の入射方向に対して、複数の対物レンズへ至る複数の往路光束の出射方向がいずれも前記入射方向に対して垂直になるように配置されていることを特徴とする光ピックアップ。
  5. 光ディスクドライブ装置であって、
    光ディスクを回転させるためのモータと、
    前記モータの回転速度を制御するための回転サーボ回路と、
    前記光ディスクにレーザ光を照射し、前記光ディスクからの反射レーザ光を検出する光ピックアップとを備え、
    前記光ピックアップは、
    請求項1に記載の光ピックアップを用いた光ディスクドライブ装置。
  6. 光ピックアップであって、
    第1のレーザ光源と、
    前記第1のレーザ光源のレーザ光と異なる波長のレーザ光を出射する第2のレーザ光源と、
    ダイクロイックミラー膜とPBSミラー膜が平行に形成された光学素子、1/4波長板、及び、無偏光ミラーを有する光学部品と、
    前記レーザ光源から出射したレーザ光を光ディスク上に集光させるための対物レンズとを有し、
    前記光学素子の前記ダイクロイックミラー膜及び前記PBSミラー膜が、前記無偏光ミラーのミラー面に対して45°の角度をなしており、
    前記第1及び第2のレーザ光源を出射したレーザ光が前記光学部品に入射し、前記光学部品から出射したレーザ光が、前記対物レンズに入射するように配置されていることを特徴とする、光ピックアップ。
  7. 請求項6記載の光ピックアップであって、
    前記第1のレーザ光源から出射したレーザ光の前記光学部品への入射方向と、前記第2のレーザ光源から出射したレーザ光の前記光学部品への入射方向が180度異なることを特徴とする光ピックアップ。
  8. 請求項7記載の光ピックアップであって、
    前記第1のレーザ光源のレーザ光は前記ダイクロイックミラー膜で反射して前記対物レンズに入射し、
    前記第2のレーザ光源のレーザ光は、前記PBSミラー膜で反射し、前記1/4波長板を透過し、前記無偏光ミラー膜で反射した後、前記1/4波長板、前記PBSミラー膜、前記ダイクロイックミラー膜を透過するように、前記光学部品が構成されていることを特徴とする光ピックアップ。
  9. 請求項6から8のいずれかに記載の光ピックアップであって、
    前記無偏光ミラー膜が、前記1/4波長板の表面に形成されていることを特徴とする光ピックアップ。
  10. ダイクロイックミラー膜と、PBSミラー膜と、λ/4板と、無偏光ミラー膜とが、この順で配置されており、
    前記ダイクロイックミラー膜と前記PBSミラー膜は一体の光学素子上に又は光学素子の内部に平行して形成されており、
    前記ダイクロイックミラー膜と前記PBSミラー膜が前記無偏光ミラー膜に対して45°の角度をなして配置されたことを特徴とする、光学部品。
  11. 請求項10に記載の光学部品であって、
    前記ダイクロイックミラー膜とPBSミラー膜とλ/4板と無偏光ミラー膜が、前記一体の光学素子に形成されていることを特徴とする、光学部品。
  12. 光ピックアップであって、
    第1波長のレーザ光を出射する第1のレーザ光源と、
    前記第1波長と異なる第2波長のレーザ光を出射する第2のレーザ光源と、
    前記第1波長及び第2波長と異なる第3波長のレーザ光を出射する第3のレーザ光源と、
    前記第1波長のレーザ光を第1の光路と第2の光路に分岐させる分岐手段と、
    前記第1の光路の前記第1波長のレーザ光と前記第2波長のレーザ光を光ディスク上に集光させるための第1の対物レンズと、
    前記第2の光路の前記第1波長のレーザ光と前記第3波長のレーザ光を光ディスク上に集光させるための第2の対物レンズと、
    前記第1の光路の前記第1波長のレーザ光と、該第1光路のレーザ光に対して180度異なる方向から入射する前記第2波長のレーザ光とを前記第1の対物レンズの方向に導き、前記第2の光路の前記第1波長のレーザ光と、該第2光路のレーザ光に対して180度異なる方向から入射する前記第3波長のレーザ光を前記第2の対物レンズの方向に導くための光学部品と、を備え、
    前記光学部品は、ダイクロイックミラー膜と、PBSミラー膜と、と、無偏光ミラー膜とが、この順で配置され、前記ダイクロイックミラー膜と前記PBSミラー膜は一体の光学素子上に又は光学素子の内部に平行して形成され、前記ダイクロイックミラー膜と前記PBSミラー膜が前記無偏光ミラー膜に対して45°の角度をなして配置されている光ピックアップ。
  13. 請求項9に記載の光ピックアップであって、
    前記1/4波長板を通過する光束が収束発散光であることを特徴とする光ピックアップ。
  14. 光ディスクドライブ装置であって、
    光ディスクを回転させるためのモータと、
    前記モータの回転速度を制御するための回転サーボ回路と、
    前記光ディスクにレーザ光を照射し、前記光ディスクからの反射レーザ光を検出する光ピックアップとを備え、
    前記光ピックアップは、
    第1波長のレーザ光を出射する第1のレーザ光源と、
    前記第1波長と異なる第2波長のレーザ光を出射する第2のレーザ光源と、
    前記第1波長及び第2波長と異なる第3波長のレーザ光を出射する第3のレーザ光源と、
    前記第1波長のレーザ光を第1の光路と第2の光路に分岐させる分岐手段と、
    前記第1の光路の前記第1波長のレーザ光と前記第2波長のレーザ光を光ディスク上に集光させるための第1の対物レンズと、
    前記第2の光路の前記第1波長のレーザ光と前記第3波長のレーザ光を光ディスク上に集光させるための第2の対物レンズと、
    前記第1の光路の前記第1波長のレーザ光と、該第1光路のレーザ光に対して180度異なる方向から入射する前記第2波長のレーザ光とを前記第1の対物レンズの方向に導き、前記第2の光路の前記第1波長のレーザ光と、該第2光路のレーザ光に対して180度異なる方向から入射する前記第3波長のレーザ光を前記第2の対物レンズの方向に導くための光学部品と、を備え、
    前記光学部品は、ダイクロイックミラー膜と、PBSミラー膜と、と、無偏光ミラー膜とが、この順で配置され、前記ダイクロイックミラー膜と前記PBSミラー膜は一体の光学素子上に又は光学素子の内部に平行して形成され、前記ダイクロイックミラー膜と前記PBSミラー膜が前記無偏光ミラー膜に対して45°の角度をなして配置されていることを特徴とする光ディスクドライブ装置。
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