JP3687939B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式記録再生装置における光ピックアップの光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式記録再生装置には、光記録媒体のいわゆるＬＤ(laser disc)、ＣＤ(compact disc)、ＤＶＤ(digital video disc)等の光ディスクから記録情報を読み取る光学式ディスクプレーヤがある。また、これら複数の種類の光ディスクから情報を読み取るコンパチブルディスクプレーヤもある。
【０００３】
そのコンパチブルディスクプレーヤにおいても光ピックアップは、光ビームを光ディスクへ照射し、光ディスクからの戻り光を読み取る光学系を有している。光情報記録媒体のこれら光ディスクでは、開口数ＮＡ、基板厚さ、最適読取光波長など異なる仕様で設計されている。従って、ＬＤ／ＣＤ／ＤＶＤコンパチブルプレーヤの光ピックアップを実現するためには、最低限上記開口数ＮＡ及び基板厚さの２つの違いを補正する必要がある。
【０００４】
例えば、ホログラムレンズを用いた２焦点ピックアップ（特許第２５３２８１８号：特開平７−９８４３１号公報）は、凸対物レンズとホログラムレンズとからなる複合対物レンズを有し、ホログラムレンズに透明平面板に同心円状の輪帯凹凸すなわち回折溝の回折格子を設けて、これに凹レンズ作用を持たせることによって、各光ディスクに応じ記録面上で焦点を結ばせる。この際、回折溝の形成されていない領域からは光ビームがそのまま透過し０次回折光とともに対物レンズで集光され、該透過光及び０次回折光と１次回折光とで開口数が変わることになる。回折溝によって回折された１次回折光は開口数の小さいＣＤの読み取り用として利用され、開口数の大きくなる透過光及び０次回折光はＤＶＤの読み取り用として利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のコンパチブルプレーヤ構成は、共通の単一の光源で読取スポットを形成するものであり、通常は、ＤＶＤ再生に最適な波長６５０ｎｍの読取光を発射する光源をＣＤ再生時に共用するようにしているので、波長７８０ｎｍの光源によって一回書き込みができるＣＤ−Ｒ（CD Recordable，或いはＲ−ＣＤ：Recordable CD）をこの読み取り光を用いて再生する際には、波長の違いによる感度不足で良好な再生信号を得ることができない。
【０００６】
従って、ＬＤ／ＣＤ／ＤＶＤに加えこのＣＤ−Ｒについても良好に情報の記録／再生を行うことのできるコンパチブルプレーヤを実現するためには、最低限上記開口数ＮＡ及び基板厚さ並びに波長７８０ｎｍの光源の３つの違いを克服する必要がある。ＬＤ／ＣＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒコンパチブルプレーヤの光ピックアップを実現するためには単一波長の光源による構成を改め、各ディスクに適合した複数波長の光源によって光ピックアップまたはヘッドを構成することが必要である。
【０００７】
ところが、複数光源を用いプリズム、レンズなどの光学系を構成すると、光ピックアップまたはヘッド全体が複雑になり、大型になる傾向がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、小型化可能で、４分割受光面を有する光強度検出手段を採用した非点収差法に適したホログラム光学素子を有する光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
本発明の光ピックアップ装置は、４分割受光面を有する光強度検出手段と、異なる波長の光ビームを発射する２つの半導体レーザと、前記光ビームの各々を光記録媒体へ照射しその記録面に光スポットを形成する対物レンズと、前記４分割受光面と前記対物レンズとの間に配置されたホログラム光学素子と、を含む光学系を有し、前記記録媒体から記録情報を読み取る光ピックアップ装置であって、前記ホログラム光学素子は、前記記録面及び前記対物レンズを経た光ビームにおけるコマ収差と球面収差を除去し且つ所定量の非点収差を発生させる格子パターンが形成された透明基板を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記ホログラム光学素子は、さらに、前記記録面及び前記対物レンズを経た光ビームを前記４分割受光面に集光させるレンズ作用を有することを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記ホログラム光学素子は、前記半導体レーザの一方から発射された第１波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第１波長の０次光を回折し、回折によって得られた＋１次回折光を前記４分割受光面へ導くことを特徴とする。
【００１０】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる＋１次回折光を前記４分割受光面に導くような位置に配置されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記ホログラム光学素子及び前記対物レンズの間に配置されかつ、前記第１波長の光ビームには作用しないで、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過してこれから収差を除去しつつ前記対物レンズへ導く収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記半導体レーザの他方及び前記ホログラム光学素子の間に配置されかつ、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過して、これに前記ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与して、前記ホログラム光学素子へ導き、前記ホログラム光学素子を透過した前記第２波長の光ビームから収差を除去する光源側の収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記光学系は、第２の４分割受光面をさらに含むこと、並びに、
前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる＋１次回折光を前記第２の４分割受光面に導くような位置に配置されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記光学系は、第２の４分割受光面をさらに含むこと、並びに、
前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記第２の４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記ホログラム光学素子及び前記対物レンズの間に配置されかつ、前記第１波長の光ビームには作用しないで、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過してこれから収差を除去しつつ前記対物レンズへ導く収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記光学系は、第２の４分割受光面をさらに含むこと、並びに、
前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記第２の４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記半導体レーザの他方及び前記ホログラム光学素子の間に配置されかつ、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過して、これに前記ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与して、前記ホログラム光学素子へ導き、前記ホログラム光学素子を透過した前記第２波長の光ビームから収差を除去する光源側の収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の収差補正素子を有する光ピックアップ装置においては、前記収差補正素子は、一対の透明ガラス基板の内面に、収差補正波面に対応するパターンを有する透明電極がそれぞれ形成され、これらの間に液晶層が設けられている液晶型収差補正素子であり、前記半導体レーザの切換に対応して前記透明電極に電圧を印加することにより選択的に作用又は非作用状態とすることができることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の収差補正素子を有する光ピックアップ装置においては、前記収差補正素子は、波長選択性のある非線形光学材料からなる透明基板と、前記透明基板上に形成された収差補正波面に対応するパターンの凹部に充填された前記非線形光学材料の異常光屈折率又は常光屈折率に等しい屈折率の等方性光学材料とからなる非線形光学材料型収差補正素子であり、前記半導体レーザの切換に対応してその作用又は非作用状態を選択することができる、ことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、複数の半導体レーザに共通のホログラム光学素子で光路を共用できるので、光ピックアップ光学系が簡素化できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施例）
図１は第１の実施例の記録再生装置の光ピックアップの概略を示す。ピックアップボディ内には、ＤＶＤの読み取り用半導体レーザLD1(例えば波長６５０ｎｍ：λ１)と、ＣＤの読み取り用半導体レーザLD2(例えば波長７８０ｎｍ：λ２)とが共通の単一ヒートシンク（図示せず）に上方へ光ビームを放射するように載置されている。さらに、ピックアップボディ内には、光軸を共通とするホログラム光学素子５０、光ビームを光ディスク５へ集光し光スポットを形成する対物レンズ４、及び光スポットからの反射光を受光する光検出器の４分割受光面PD1が設けられている。対物レンズ４、ホログラム光学素子５０及び基板１０は略平行に配置されている。
【００２０】
また、半導体レーザLD1,LD2のヒートシンクは基板１０上に固定され、基板１０上には、光強度を検出する光検出器の４分割受光面PD1がホログラム光学素子５０の下に形成されている。
対物レンズ４は、ＣＤとＤＶＤの仕様に合わせて、例えば、集光レンズ及びフレネルレンズ又はホログラムレンズの組み合わせ、各仕様に合った２つの対物レンズを切り替える組み合わせ、ＤＶＤ用集光レンズにＣＤ再生時に開口制限手段を設ける組み合わせ、等を用い、ディスクの厚み及び開口数の違いを吸収することができる。また、集光レンズ自体をＣＤとＤＶＤ用の２焦点対物レンズとすることもできる。
【００２１】
また、ピックアップボディにはトラッキングアクチュエータ及びフォーカスアクチュエータを含む対物レンズ駆動機構２６が設けられている。この対物レンズ駆動機構におけるフォーカスアクチュエータは対物レンズ４を光ディスク５の記録面に対して垂直な方向に移動し、またトラッキングアクチュエータは対物レンズ４を光ディスク５の半径方向に駆動する。また、対物レンズ駆動機構２６には半径方向の粗動のためのスライダ機構も含まれる。
【００２２】
このように、光ピックアップ装置においては、各半導体レーザからの光ビームを有限系仕様対物レンズ４を介して光ディスク５へ照射しその記録面に光スポットを形成し、光スポットからの戻り光を対物レンズ４を介して収束させて４分割受光面PD1へ導く共通の光学系を備えている。
ホログラム光学素子５０は半導体レーザLD1,LD2の発散光ビームをほぼ共通の光路となすように設計され配置されている。ホログラム光学素子５０は、透光性の等方性又は異方性材質からなる平板５０ａの一方の主面に透過型の回折格子、グレーティング（これらは屈折率分布型でもレリーフ型でもよい、以下、総称して回折レリーフともいう）５０ｂが画定された全体として板状体である。このホログラム光学素子５０の回折レリーフ５０ｂは、半導体レーザLD1,LD2からの光ビームに対しては回折作用以外なにも作用せずそのまま通過させ、光ディスクの情報記録面で反射された光（戻り光）に対してコマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させる。これとともに、ホログラム光学素子５０はレンズ作用を有し、戻り光において結像距離を変化させた波面に変換する。
【００２３】
ここで、この光ピックアップ装置記録再生の概略を説明する。図１に示すように、ＤＶＤ再生時には、半導体レーザLD1からのレーザビームは対物レンズ及び光ディスク間距離の設定で光ディスク上に開口数ＮＡ０．６で集光され、小さい光スポットを形成する。ＣＤ再生時又はＣＤ−Ｒ記録若しくは再生時にも、対物レンズ及び光ディスク間距離の設定で半導体レーザLD2からのレーザビームは対物レンズ４を経て開口数ＮＡ０．４７で光ディスク上に光スポットを形成する。
【００２４】
光ディスク記録面の光スポットからのいずれの戻り光も、対物レンズ４を介してホログラム光学素子５０に入射し回折され、これを経て１次回折光ビーム部分が光検出器の４分割受光面PD1に入る。
４分割受光面PD1は、図２に示すように、直交する２本の分割線L1、L2を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した第１〜第４象限の４個のエレメントDET1〜DET4から構成される。４分割受光面PD1は、一方の分割線が記録面のトラック方向（ＴＡＮ方向ともいう）に平行になり、他方の分割線が光ディスクのラジアル方向（ＲＡＤ方向ともいう）に平行になるように、基板１０上に半導体レーザとともに一直線上に配置されている。この分割線はトラッキングサーボを位相差法（時間差法）で行う場合の分割方向とも一致している。
【００２５】
記録面上の合焦時はスポット強度分布が４分割受光面PD1の受光面中心Ｏに関して対称すなわち、トラック方向及びラジアル方向において対称となる図２（ａ）のような真円ＳＰの光スポットが４分割受光面PD1に形成されるので、対角線上にあるエレメントの光電変換出力をそれぞれ加算して得られる値は互いに等しくなり、フォーカスエラー成分は「０」となる。また、フォーカスが合っていない時は図２（ｂ）又は（ｃ）のようなエレメントの対角線方向に楕円ＳＰの光スポットが４分割受光面PD1に形成されるので、対角線上にあるエレメントの光電変換出力をそれぞれ加算して得られるフォーカスエラー成分は互いに逆相となる。即ち、DET1〜DET4を対応出力とすると、(DET1＋DET3)−(DET2＋DET4)がフォーカスエラー信号となる。また、(DET1＋DET4)−(DET2＋DET3)がトラッキングエラー信号と、DET1＋DET2＋DET3＋DET4がＲＦ信号と、なる。
【００２６】
このように、４分割受光面PD1の中心付近にスポット像を形成すると、光検出器は、４つの各受光面に結像されたスポット像に応じて電気信号を復調回路３２ａ及びエラー検出回路３２ｂに供給する。復調回路３２ａは、その電気信号に基づいて記録信号を生成する。エラー検出回路３２ｂは、そ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や、その他サーボ信号などを生成し、アクチュエータ駆動回路３３を介して各駆動信号を各アクチュエータに供給し、これらが各駆動信号に応じて対物レンズ４などをサ−ボ制御駆動する。（ホログラム光学素子の設計）
例えば以下のように、ホログラム光学素子は計算機設計手法にて設計される。
【００２７】
図３のフローチャートに基づいてホログラム光学素子の波面を決定する手法を説明する。
まず、ステップＳ１においては、図４に示すように、半導体レーザに対応する１点Ａから発散する光束（波長λ１）の光路中に厚さｔ１の平行平板７０（屈折率ｎ）を光軸に垂直に置く場合を設定する。点Ａの座標、λ１、ｔ１、ｎのパラメータの初期値を設定する。
【００２８】
平行平板７０を透過した後の発散光束について、Ｂ位置の座標での球面収差を含む波面を計算しその結果を保存する。
この平行平板７０により発生する発散光束の球面収差を次のステップＳ２で補正することによって球面収差を除去する。また、平行平板７０の厚さｔ１を変化させることで発生する非点収差量を調整できる。
【００２９】
次に、ステップＳ２においては、図５に示すように、保存されたＢ位置の波面から光束を収束すなわち逆方向に戻すと、それは厚さｔ１の平行平板を透過後、１点Ａへ集光する。
この収束光束において、平行平板７０の代わりに、各厚さｔ２の平行平板７１（屈折率ｎ）２枚を、光軸に垂直な平面に対して鏡像関係になるように、該平面に対してθ度及び−θ度の角度に傾けて離間して配置し、光線の平行平板透過後のＣ位置の波面を計算する。そのためにＣ位置座標、ｔ２、θ、−θのパラメータを導入する。
【００３０】
この場合、Ｂ位置より光束を逆方向に戻しているので、これら２枚のハの字に置かれた平行平板７１を透過した波面は、非点収差と球面収差を伴うがコマ収差は含まない。平行平板７１の厚さｔ２を変えてやれば球面収差を調整できる。よって、ステップＳ１で発生した球面収差を相殺して除去できる。このようにして２枚のハの字に置かれた平行平板７１の光線透過後のＣ位置でコマ収差と球面収差のない所定量の非点収差の波面が計算で得られる。その結果のＣ位置での波面を保存する。
【００３１】
次に、ステップＳ３においては、図６に示すように、保存されたＣ位置の波面から光束を再度逆方向に戻して発散させ、ある傾斜（角度α）したＨ位置での波面を計算する。ここで、保存されたＣ位置の波面から光束を収束させた点が４分割受光面PD1の位置に対応する。
このＨ位置（ホログラム光学素子）において、ある１点０（半導体レーザLD1）から発散する光束（波長λ１）の波面と干渉させることによって、その結果のＨ位置での干渉縞を保存し、実施例のホログラム光学素子の格子パターンを設計できる。そのためにＨ及び０位置座標、αのパラメータを導入する。
【００３２】
このようにして、この格子パターンを透明基板に形成することによって、コマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させるとともにレンズ作用を持たせて結像距離を変化させたホログラム光学素子５０（図１に示す）を得ることができる。
この設計例においては、ｔ１、ｔ２のほか、半導体レーザ仕様、波長、各点間距離、屈折率など等をパラメータとしてそれぞれ変化させて、種々のホログラム光学素子５０の最適値を設定できる。
【００３３】
このように、ステップＳ３までにおいて、入射光を非点収差以外無収差のまま透過させるホログラム光学素子５０の格子パターンを決定することができる。
次に、ステップＳ４においては、図７に示すように、半導体レーザLD1の発散光ビームをホログラム光学素子５０を通して対物レンズ４へ導き、光ディスク５へ集光させ、反射光が対物レンズ４及びホログラム光学素子５０を通して４分割受光面PD1に到達させかつ、付加した半導体レーザLD2の発散光ビームをも同様に到達させる系について設計する。
【００３４】
まず、波長λ１の半導体レーザLD1の光ビームは、往路ではホログラム光学素子５０を０次回折光として回折せずに透過し、反射して戻る復路では、ホログラム光学素子５０で回折されてその＋１次回折光が４分割受光面PD1へ集光する。ここで、ホログラム光学素子５０は、半導体レーザLD1によって発射された波長λ1の光ビームを透過してその０次回折光を対物レンズ４へ導き、波長λ1の０次回折光による記録面５上の光スポットからの戻り光を対物レンズ４から受光して、回折し、回折された波長λ1の１次回折光を４分割受光面へ導く。
【００３５】
一方、波長λ２の半導体レーザLD2の光路も同様に往路ではホログラム光学素子５０を０次回折光として回折せずに透過するが、復路において、その波長λ２が半導体レーザLD1のものと違うため、ホログラム光学素子５０での回折角が変わる。
そこで、波長λ２の半導体レーザLD2の光路を、４分割受光面PD1の位置を固定して、この４分割受光面PD1の固定位置へ入射するように半導体レーザLD2の基板１０上の位置を変更して設定する。
【００３６】
このように、予め光学系における半導体レーザLD1及び４分割受光面PD1の位置を設定し、その後、半導体レーザLD2の位置を設定する。
（第２の実施例）
上記ステップＳ１〜Ｓ３の計算手法による半導体レーザLD1、４分割受光面PD1及びホログラム光学素子５０の組み合わせを用いて、図８に示すような、半導体レーザLD2の基板１０上の位置と収差補正素子８０がホログラム光学素子５０及び対物レンズ４の間に配置された以外、第１の実施例と同様であるピックアップ装置を得ることができる。
【００３７】
まず、往路において半導体レーザLD2の光がホログラム光学素子５０によって−１次回折され、収差補正素子８０が存在しない場合を考える。
図９に示すように、半導体レーザLD2は、ホログラム光学素子５０が半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してその−１次回折光を対物レンズ４へ導き、波長λ２の−１次回折光による記録面５上の光スポットからの戻り光を対物レンズ４から受光して、回折し、回折された波長λ２の＋１次回折光を４分割受光面PD1へ導くような基板上の位置に、配置されている。
【００３８】
ホログラム光学素子５０が半導体レーザLD1からの波長λ１の光と４分割受光面PD1へ集光する戻り光とを干渉させて設計されているので、半導体レーザLD2からの波長λ２の光を−１次回折した光は、ホログラム光学素子５０と対物レンズ４間の往路において収差を持った光束となる。
この収差を補正するため、ホログラム光学素子５０と対物レンズ４間に収差補正素子８０を配置する。この収差補正素子は半導体レーザLD1の光ビームの通過の場合は何の作用もせず、半導体レーザLD2からホログラム光学素子５０を通過した光を無収差に変換する。すなわち、収差補正素子８０は半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれから収差を除去し対物レンズへ導きかつ波長λ1の光ビームには作用しない。
【００３９】
この収差補正素子８０を実現するには、図１７に示すような液晶素子を電気的に切り換えて使用することで、実現できる。
図１７の液晶型収差補正素子８０は一対の透明ガラス基板８１，８２の内面には、収差補正波面に対応するパターンを有する透明電極８３，８４がそれぞれ形成され、これらの間に液晶層８５が設けられている素子である。透明電極８３，８４を介して液晶層８５へ電圧が印加されると、液晶分子が無電圧印加時よりも傾いた配列をなすことによって、半導体レーザLD1，LD2の波長λ1，λ２の光線束へ選択的に作用、又は非作用状態とすることができる。例えば入射光の偏光方向が液晶分子配列に垂直に入射する場合、回折が起きず液晶型収差補正素子としては動作しない。一方、偏光方向が平行に入射する場合、回折が生じ液晶型収差補正素子としては動作する。よって、電圧印加及び非印加で液晶分子の傾斜及び非傾斜部分を収差補正波面に対応するパターンとして、液晶層の屈折率が異なり、入射光の光路長を異ならしめることにより、収差補正素子として働く。また逆に設定もできる。さらにまた、液晶層への印加電圧に応じて液晶分子の傾きが制御できるので、収差補正素子の収差補正量を任意に制御することが可能である。
【００４０】
また、図１８に示すように、ニオブ酸リチウムなどの波長選択性のある非線形光学材料を透明基板１８１に用いて、収差補正波面に対応するパターンをエッチングなどで凹部１８２として、該凹部に非線形光学材料の異常光屈折率又は常光屈折率に等しい屈折率の等方性光学材料１８３を充填すれば、半導体レーザLD1，LD2の波長λ1，λ２の違いにより、非線形光学材料型収差補正素子８０の作用又は非作用状態を選択することができる。
【００４１】
具体的にこの光学系を設計する手順は、まず、図１０に示す手順の中の上記ステップＳ１〜Ｓ３の計算手法により、半導体レーザLD1と４分割受光面PD1とによりホログラム光学素子５０の格子パターンの最適形状設計を行う。
ステップＳ５として、ある位置座標の半導体レーザLD2からの発散光束のホログラム光学素子５０（−１次回折）における波面、続いて収差補正素子８０における波面を高屈折率法もしくは位相関数法を用いた光線追跡で求め、収差補正素子８０の補正量を計算する。
【００４２】
ステップＳ６として、この半導体レーザLD2からの発散光束によるホログラム光学素子５０（−１次回折）における波面、続いて収差補正素子８０における波面、続いて対物レンズにおける波面、続いて光ディスク記録面における波面、続いて、反射光の対物レンズおける波面、続いて反射光の収差補正素子８０における波面、続いて反射光のホログラム光学素子（＋１次回折）における波面、続いて反射光の４分割受光面PD1の波面を計算する。
【００４３】
ステップＳ７として、半導体レーザLD2の位置座標を変化させ、４分割受光面PD1上の収差量を計算して、その結果を保存する。ステップＳ８でその収差量と所定収差閾値とを比較して、閾値を越える場合はステップＳ５へ戻り、LD2座標を変えて再度計算を繰り返す。比較の結果、閾値以下になった場合は、終了する。このように、４分割受光面PD1で不要な収差が最小となる半導体レーザLD2の位置を求める。
【００４４】
更に、このステップＳ８からステップＳ１のループＲ１を設定して、再度、上記ステップＳ１〜Ｓ３の半導体レーザLD1の光軸上の位置及び／又は４分割受光面PD1の位置を変化させ、ステップＳ５〜Ｓ７にて、４分割受光面PD1で不要な収差が最小となる位置を求め、得られた半導体レーザLD2の位置が収差を最小とする結果が求まるまで、即ち所定閾値以下となるまで、上記ステップＳ１〜Ｓ８を繰り返すことによって、第２の実施例の光学系を得ることもできる。
（第３の実施例)
上記第２の実施例同様に、図１１に示すような、収差補正素子８０の代わりに、半導体レーザLD2及びホログラム光学素子の間に光源側収差補正素子８０ａが配置された以外、第２の実施例と同様であるピックアップ装置を得ることもできる。
【００４５】
図１２に示すように、半導体レーザLD2及びホログラム光学素子５０の間に配置された光源側収差補正素子８０ａは、往路において半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれに、ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与し、ホログラム光学素子を透過した波長λ２の光ビームから収差を除去する。この光源側収差補正素子８０ａを半導体レーザLD2とホログラム光学素子５０の間に置く場合は、設計において半導体レーザLD1のパラメータは無関係となる。
（第４の実施例）
上記ステップＳ１〜Ｓ３の計算手法による半導体レーザLD1、４分割受光面PD1及びホログラム光学素子５０の組み合わせを用いて、図１３に示すような、第２の４分割受光面PD2が付加され、配置された以外、第１の実施例と同様であるピックアップ装置を得ることができる。
【００４６】
この場合、波長λ２の半導体レーザLD2の光路も同様に往路では、ホログラム光学素子５０を０次回折光として回折せずに透過する。復路において、ホログラム光学素子が記録面を経た戻り光の第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる＋１次回折光を第２の４分割受光面PD2に導くような位置に、半導体レーザLD2及び第２の４分割受光面PD2が配置される。
【００４７】
このように、予め光学系における第１の半導体レーザLD1及び４分割受光面PD1の組の位置を設定し、その後、第２の半導体レーザLD2及び第２の４分割受光面PD2の組の位置を設定する。
また、図１３の破線に示すような、第２の４分割受光面PD2が配置された以外、第２の実施例と同様に、ホログラム光学素子及び対物レンズの間に波長λ1の光ビームには作用しない収差補正素子８０が配置されたピックアップ装置を得ることもできる。第２の４分割受光面PD2は、ホログラム光学素子５０が波長λ２の−１次回折光による記録面５上の光スポットからの戻り光を対物レンズ４から受光して、回折し、回折された波長λ２の１次回折光を４分割受光面へ導くような基板１０上の位置に、配置される。
【００４８】
収差補正素子８０を有する場合、図１４に示すように、半導体レーザLD1、４分割受光面PD1及びホログラム光学素子５０は、半導体レーザLD1によって発射された波長λ1の光ビームを透過してその０次回折光を対物レンズへ導き、波長λ1の０次回折光による記録面上の光スポットからの戻り光を対物レンズから受光して、回折し、回折された波長λ1の１次回折光を４分割受光面PD1へ導くように、配置される。
【００４９】
つぎに、半導体レーザLD2は、ホログラム光学素子が半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してその−１次回折光を、波長λ1の光ビームの０次回折光と略同一光路で、対物レンズ４へ導くような基板１０上の位置に、配置される。
また、上記第２の実施例と同様に、ホログラム光学素子及び対物レンズの間に波長λ1の光ビームには作用しない収差補正素子８０が配置され、この収差補正素子８０は、半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれから収差を除去し対物レンズへ導く。
【００５０】
このように、半導体レーザLD2からの光は、ホログラム光学素子５０で−１次回折され、半導体レーザLD1から回折されないで対物レンズ４へ向かう光と同一の光路を進む。半導体レーザLD2からの波長λ２の光の戻り光はホログラム光学素子５０での回折角が波長λ１の半導体レーザLD1のものとは違うため、第２の４分割受光面PD2へ集光される。
【００５１】
具体的にこの光学系を設計する手順は、上記第２の実施例の図１０に示した手順において、上記ステップＳ５及びＳ６で、反射光の４分割受光面PD1上の波面及び収差の代わりに第２の４分割受光面PD2についてそれらの最適設計を行うことによって達成される。
（第５の実施例)
上記第４の実施例同様に、図１５に示すような、半導体レーザLD2及びホログラム光学素子の間に光源側収差補正素子８０ａが配置された以外、第４の実施例と同様であるピックアップ装置を得ることもできる。
【００５２】
図１６に示すように、半導体レーザLD2及びホログラム光学素子５０の間に配置された光源側収差補正素子８０ａは、往路において半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれに、ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与し、ホログラム光学素子を透過した波長λ２の光ビームから収差を除去する。この光源側収差補正素子８０ａを半導体レーザLD2とホログラム光学素子５０の間に置く場合は、設計において半導体レーザLD1のパラメータは無関係となる。
【００５３】
なお、上記本発明の光ピックアップ装置においては、対物レンズは、有限仕様対物レンズであることを前提に説明しているが、かかる対物レンズは、光記録媒体側に集光レンズを配置し、半導体レーザ側にコリメータレンズを配置し無限レンズ系としても同様の効果を奏することはあきらかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置内部の概略構成図である。
【図２】 実施例の光検出器の４分割受光面の平面図である。
【図３】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示すフローチャートである。
【図４】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示す概略図である。
【図５】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示す概略図である。
【図６】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示す概略図である。
【図７】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図８】 本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図９】 本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１０】 本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示すフローチャートである。
【図１１】 本発明による第３の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１２】 本発明による第３の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１３】 本発明による第４の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１４】 本発明による第４の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１５】 本発明による第５の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１６】 本発明による第５の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１７】 本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置の収差補正素子の概略部分断面図である。
【図１８】 本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置の他の収差補正素子の概略部分断面図である。
【符号の説明】
LD1,LD2 レーザ光源
50 ホログラム光学素子
４ 対物レンズ
５ 光ディスク
PD1，PD2 光検出器の４分割受光面
１０ 基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式記録再生装置における光ピックアップの光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式記録再生装置には、光記録媒体のいわゆるＬＤ(laser disc)、ＣＤ(compact disc)、ＤＶＤ(digital video disc)等の光ディスクから記録情報を読み取る光学式ディスクプレーヤがある。また、これら複数の種類の光ディスクから情報を読み取るコンパチブルディスクプレーヤもある。
【０００３】
そのコンパチブルディスクプレーヤにおいても光ピックアップは、光ビームを光ディスクへ照射し、光ディスクからの戻り光を読み取る光学系を有している。光情報記録媒体のこれら光ディスクでは、開口数ＮＡ、基板厚さ、最適読取光波長など異なる仕様で設計されている。従って、ＬＤ／ＣＤ／ＤＶＤコンパチブルプレーヤの光ピックアップを実現するためには、最低限上記開口数ＮＡ及び基板厚さの２つの違いを補正する必要がある。
【０００４】
例えば、ホログラムレンズを用いた２焦点ピックアップ（特許第２５３２８１８号：特開平７−９８４３１号公報）は、凸対物レンズとホログラムレンズとからなる複合対物レンズを有し、ホログラムレンズに透明平面板に同心円状の輪帯凹凸すなわち回折溝の回折格子を設けて、これに凹レンズ作用を持たせることによって、各光ディスクに応じ記録面上で焦点を結ばせる。この際、回折溝の形成されていない領域からは光ビームがそのまま透過し０次回折光とともに対物レンズで集光され、該透過光及び０次回折光と１次回折光とで開口数が変わることになる。回折溝によって回折された１次回折光は開口数の小さいＣＤの読み取り用として利用され、開口数の大きくなる透過光及び０次回折光はＤＶＤの読み取り用として利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のコンパチブルプレーヤ構成は、共通の単一の光源で読取スポットを形成するものであり、通常は、ＤＶＤ再生に最適な波長６５０ｎｍの読取光を発射する光源をＣＤ再生時に共用するようにしているので、波長７８０ｎｍの光源によって一回書き込みができるＣＤ−Ｒ（CD Recordable，或いはＲ−ＣＤ：Recordable CD）をこの読み取り光を用いて再生する際には、波長の違いによる感度不足で良好な再生信号を得ることができない。
【０００６】
従って、ＬＤ／ＣＤ／ＤＶＤに加えこのＣＤ−Ｒについても良好に情報の記録／再生を行うことのできるコンパチブルプレーヤを実現するためには、最低限上記開口数ＮＡ及び基板厚さ並びに波長７８０ｎｍの光源の３つの違いを克服する必要がある。ＬＤ／ＣＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒコンパチブルプレーヤの光ピックアップを実現するためには単一波長の光源による構成を改め、各ディスクに適合した複数波長の光源によって光ピックアップまたはヘッドを構成することが必要である。
【０００７】
ところが、複数光源を用いプリズム、レンズなどの光学系を構成すると、光ピックアップまたはヘッド全体が複雑になり、大型になる傾向がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、小型化可能で、４分割受光面を有する光強度検出手段を採用した非点収差法に適したホログラム光学素子を有する光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
本発明の光ピックアップ装置は、４分割受光面を有する光強度検出手段と、異なる波長の光ビームを発射する２つの半導体レーザと、前記光ビームの各々を光記録媒体へ照射しその記録面に光スポットを形成する対物レンズと、前記４分割受光面と前記対物レンズとの間に配置されたホログラム光学素子と、を含む光学系を有し、前記記録媒体から記録情報を読み取る光ピックアップ装置であって、前記ホログラム光学素子は、前記記録面及び前記対物レンズを経た光ビームにおけるコマ収差と球面収差を除去し且つ所定量の非点収差を発生させる格子パターンが形成された透明基板を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記ホログラム光学素子は、さらに、前記記録面及び前記対物レンズを経た光ビームを前記４分割受光面に集光させるレンズ作用を有することを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置においては、前記ホログラム光学素子は、前記半導体レーザの一方から発射された第１波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第１波長の０次光を回折し、回折によって得られた＋１次回折光を前記４分割受光面へ導くことを特徴とする。
【００１０】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる＋１次回折光を前記４分割受光面に導くような位置に配置されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記ホログラム光学素子及び前記対物レンズの間に配置されかつ、前記第１波長の光ビームには作用しないで、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過してこれから収差を除去しつつ前記対物レンズへ導く収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記半導体レーザの他方及び前記ホログラム光学素子の間に配置されかつ、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過して、これに前記ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与して、前記ホログラム光学素子へ導き、前記ホログラム光学素子を透過した前記第２波長の光ビームから収差を除去する光源側の収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記光学系は、第２の４分割受光面をさらに含むこと、並びに、
前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる＋１次回折光を前記第２の４分割受光面に導くような位置に配置されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記光学系は、第２の４分割受光面をさらに含むこと、並びに、
前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記第２の４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記ホログラム光学素子及び前記対物レンズの間に配置されかつ、前記第１波長の光ビームには作用しないで、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過してこれから収差を除去しつつ前記対物レンズへ導く収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の光ピックアップ装置においては、前記光学系は、第２の４分割受光面をさらに含むこと、並びに、
前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記第２の４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記半導体レーザの他方及び前記ホログラム光学素子の間に配置されかつ、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過して、これに前記ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与して、前記ホログラム光学素子へ導き、前記ホログラム光学素子を透過した前記第２波長の光ビームから収差を除去する光源側の収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の収差補正素子を有する光ピックアップ装置においては、前記収差補正素子は、一対の透明ガラス基板の内面に、収差補正波面に対応するパターンを有する透明電極がそれぞれ形成され、これらの間に液晶層が設けられている液晶型収差補正素子であり、前記半導体レーザの切換に対応して前記透明電極に電圧を印加することにより選択的に作用又は非作用状態とすることができることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の収差補正素子を有する光ピックアップ装置においては、前記収差補正素子は、波長選択性のある非線形光学材料からなる透明基板と、前記透明基板上に形成された収差補正波面に対応するパターンの凹部に充填された前記非線形光学材料の異常光屈折率又は常光屈折率に等しい屈折率の等方性光学材料とからなる非線形光学材料型収差補正素子であり、前記半導体レーザの切換に対応してその作用又は非作用状態を選択することができる、ことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、複数の半導体レーザに共通のホログラム光学素子で光路を共用できるので、光ピックアップ光学系が簡素化できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施例）
図１は第１の実施例の記録再生装置の光ピックアップの概略を示す。ピックアップボディ内には、ＤＶＤの読み取り用半導体レーザLD1(例えば波長６５０ｎｍ：λ１)と、ＣＤの読み取り用半導体レーザLD2(例えば波長７８０ｎｍ：λ２)とが共通の単一ヒートシンク（図示せず）に上方へ光ビームを放射するように載置されている。さらに、ピックアップボディ内には、光軸を共通とするホログラム光学素子５０、光ビームを光ディスク５へ集光し光スポットを形成する対物レンズ４、及び光スポットからの反射光を受光する光検出器の４分割受光面PD1が設けられている。対物レンズ４、ホログラム光学素子５０及び基板１０は略平行に配置されている。
【００２０】
また、半導体レーザLD1,LD2のヒートシンクは基板１０上に固定され、基板１０上には、光強度を検出する光検出器の４分割受光面PD1がホログラム光学素子５０の下に形成されている。
対物レンズ４は、ＣＤとＤＶＤの仕様に合わせて、例えば、集光レンズ及びフレネルレンズ又はホログラムレンズの組み合わせ、各仕様に合った２つの対物レンズを切り替える組み合わせ、ＤＶＤ用集光レンズにＣＤ再生時に開口制限手段を設ける組み合わせ、等を用い、ディスクの厚み及び開口数の違いを吸収することができる。また、集光レンズ自体をＣＤとＤＶＤ用の２焦点対物レンズとすることもできる。
【００２１】
また、ピックアップボディにはトラッキングアクチュエータ及びフォーカスアクチュエータを含む対物レンズ駆動機構２６が設けられている。この対物レンズ駆動機構におけるフォーカスアクチュエータは対物レンズ４を光ディスク５の記録面に対して垂直な方向に移動し、またトラッキングアクチュエータは対物レンズ４を光ディスク５の半径方向に駆動する。また、対物レンズ駆動機構２６には半径方向の粗動のためのスライダ機構も含まれる。
【００２２】
このように、光ピックアップ装置においては、各半導体レーザからの光ビームを有限系仕様対物レンズ４を介して光ディスク５へ照射しその記録面に光スポットを形成し、光スポットからの戻り光を対物レンズ４を介して収束させて４分割受光面PD1へ導く共通の光学系を備えている。
ホログラム光学素子５０は半導体レーザLD1,LD2の発散光ビームをほぼ共通の光路となすように設計され配置されている。ホログラム光学素子５０は、透光性の等方性又は異方性材質からなる平板５０ａの一方の主面に透過型の回折格子、グレーティング（これらは屈折率分布型でもレリーフ型でもよい、以下、総称して回折レリーフともいう）５０ｂが画定された全体として板状体である。このホログラム光学素子５０の回折レリーフ５０ｂは、半導体レーザLD1,LD2からの光ビームに対しては回折作用以外なにも作用せずそのまま通過させ、光ディスクの情報記録面で反射された光（戻り光）に対してコマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させる。これとともに、ホログラム光学素子５０はレンズ作用を有し、戻り光において結像距離を変化させた波面に変換する。
【００２３】
ここで、この光ピックアップ装置記録再生の概略を説明する。図１に示すように、ＤＶＤ再生時には、半導体レーザLD1からのレーザビームは対物レンズ及び光ディスク間距離の設定で光ディスク上に開口数ＮＡ０．６で集光され、小さい光スポットを形成する。ＣＤ再生時又はＣＤ−Ｒ記録若しくは再生時にも、対物レンズ及び光ディスク間距離の設定で半導体レーザLD2からのレーザビームは対物レンズ４を経て開口数ＮＡ０．４７で光ディスク上に光スポットを形成する。
【００２４】
光ディスク記録面の光スポットからのいずれの戻り光も、対物レンズ４を介してホログラム光学素子５０に入射し回折され、これを経て１次回折光ビーム部分が光検出器の４分割受光面PD1に入る。
４分割受光面PD1は、図２に示すように、直交する２本の分割線L1、L2を境界線として各々近接配置されかつ互いに独立した第１〜第４象限の４個のエレメントDET1〜DET4から構成される。４分割受光面PD1は、一方の分割線が記録面のトラック方向（ＴＡＮ方向ともいう）に平行になり、他方の分割線が光ディスクのラジアル方向（ＲＡＤ方向ともいう）に平行になるように、基板１０上に半導体レーザとともに一直線上に配置されている。この分割線はトラッキングサーボを位相差法（時間差法）で行う場合の分割方向とも一致している。
【００２５】
記録面上の合焦時はスポット強度分布が４分割受光面PD1の受光面中心Ｏに関して対称すなわち、トラック方向及びラジアル方向において対称となる図２（ａ）のような真円ＳＰの光スポットが４分割受光面PD1に形成されるので、対角線上にあるエレメントの光電変換出力をそれぞれ加算して得られる値は互いに等しくなり、フォーカスエラー成分は「０」となる。また、フォーカスが合っていない時は図２（ｂ）又は（ｃ）のようなエレメントの対角線方向に楕円ＳＰの光スポットが４分割受光面PD1に形成されるので、対角線上にあるエレメントの光電変換出力をそれぞれ加算して得られるフォーカスエラー成分は互いに逆相となる。即ち、DET1〜DET4を対応出力とすると、(DET1＋DET3)−(DET2＋DET4)がフォーカスエラー信号となる。また、(DET1＋DET4)−(DET2＋DET3)がトラッキングエラー信号と、DET1＋DET2＋DET3＋DET4がＲＦ信号と、なる。
【００２６】
このように、４分割受光面PD1の中心付近にスポット像を形成すると、光検出器は、４つの各受光面に結像されたスポット像に応じて電気信号を復調回路３２ａ及びエラー検出回路３２ｂに供給する。復調回路３２ａは、その電気信号に基づいて記録信号を生成する。エラー検出回路３２ｂは、そ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や、その他サーボ信号などを生成し、アクチュエータ駆動回路３３を介して各駆動信号を各アクチュエータに供給し、これらが各駆動信号に応じて対物レンズ４などをサ−ボ制御駆動する。（ホログラム光学素子の設計）
例えば以下のように、ホログラム光学素子は計算機設計手法にて設計される。
【００２７】
図３のフローチャートに基づいてホログラム光学素子の波面を決定する手法を説明する。
まず、ステップＳ１においては、図４に示すように、半導体レーザに対応する１点Ａから発散する光束（波長λ１）の光路中に厚さｔ１の平行平板７０（屈折率ｎ）を光軸に垂直に置く場合を設定する。点Ａの座標、λ１、ｔ１、ｎのパラメータの初期値を設定する。
【００２８】
平行平板７０を透過した後の発散光束について、Ｂ位置の座標での球面収差を含む波面を計算しその結果を保存する。
この平行平板７０により発生する発散光束の球面収差を次のステップＳ２で補正することによって球面収差を除去する。また、平行平板７０の厚さｔ１を変化させることで発生する非点収差量を調整できる。
【００２９】
次に、ステップＳ２においては、図５に示すように、保存されたＢ位置の波面から光束を収束すなわち逆方向に戻すと、それは厚さｔ１の平行平板を透過後、１点Ａへ集光する。
この収束光束において、平行平板７０の代わりに、各厚さｔ２の平行平板７１（屈折率ｎ）２枚を、光軸に垂直な平面に対して鏡像関係になるように、該平面に対してθ度及び−θ度の角度に傾けて離間して配置し、光線の平行平板透過後のＣ位置の波面を計算する。そのためにＣ位置座標、ｔ２、θ、−θのパラメータを導入する。
【００３０】
この場合、Ｂ位置より光束を逆方向に戻しているので、これら２枚のハの字に置かれた平行平板７１を透過した波面は、非点収差と球面収差を伴うがコマ収差は含まない。平行平板７１の厚さｔ２を変えてやれば球面収差を調整できる。よって、ステップＳ１で発生した球面収差を相殺して除去できる。このようにして２枚のハの字に置かれた平行平板７１の光線透過後のＣ位置でコマ収差と球面収差のない所定量の非点収差の波面が計算で得られる。その結果のＣ位置での波面を保存する。
【００３１】
次に、ステップＳ３においては、図６に示すように、保存されたＣ位置の波面から光束を再度逆方向に戻して発散させ、ある傾斜（角度α）したＨ位置での波面を計算する。ここで、保存されたＣ位置の波面から光束を収束させた点が４分割受光面PD1の位置に対応する。
このＨ位置（ホログラム光学素子）において、ある１点０（半導体レーザLD1）から発散する光束（波長λ１）の波面と干渉させることによって、その結果のＨ位置での干渉縞を保存し、実施例のホログラム光学素子の格子パターンを設計できる。そのためにＨ及び０位置座標、αのパラメータを導入する。
【００３２】
このようにして、この格子パターンを透明基板に形成することによって、コマ収差と球面収差を除去し、所定量の非点収差を発生させるとともにレンズ作用を持たせて結像距離を変化させたホログラム光学素子５０（図１に示す）を得ることができる。
この設計例においては、ｔ１、ｔ２のほか、半導体レーザ仕様、波長、各点間距離、屈折率など等をパラメータとしてそれぞれ変化させて、種々のホログラム光学素子５０の最適値を設定できる。
【００３３】
このように、ステップＳ３までにおいて、入射光を非点収差以外無収差のまま透過させるホログラム光学素子５０の格子パターンを決定することができる。
次に、ステップＳ４においては、図７に示すように、半導体レーザLD1の発散光ビームをホログラム光学素子５０を通して対物レンズ４へ導き、光ディスク５へ集光させ、反射光が対物レンズ４及びホログラム光学素子５０を通して４分割受光面PD1に到達させかつ、付加した半導体レーザLD2の発散光ビームをも同様に到達させる系について設計する。
【００３４】
まず、波長λ１の半導体レーザLD1の光ビームは、往路ではホログラム光学素子５０を０次回折光として回折せずに透過し、反射して戻る復路では、ホログラム光学素子５０で回折されてその＋１次回折光が４分割受光面PD1へ集光する。ここで、ホログラム光学素子５０は、半導体レーザLD1によって発射された波長λ1の光ビームを透過してその０次回折光を対物レンズ４へ導き、波長λ1の０次回折光による記録面５上の光スポットからの戻り光を対物レンズ４から受光して、回折し、回折された波長λ1の１次回折光を４分割受光面へ導く。
【００３５】
一方、波長λ２の半導体レーザLD2の光路も同様に往路ではホログラム光学素子５０を０次回折光として回折せずに透過するが、復路において、その波長λ２が半導体レーザLD1のものと違うため、ホログラム光学素子５０での回折角が変わる。
そこで、波長λ２の半導体レーザLD2の光路を、４分割受光面PD1の位置を固定して、この４分割受光面PD1の固定位置へ入射するように半導体レーザLD2の基板１０上の位置を変更して設定する。
【００３６】
このように、予め光学系における半導体レーザLD1及び４分割受光面PD1の位置を設定し、その後、半導体レーザLD2の位置を設定する。
（第２の実施例）
上記ステップＳ１〜Ｓ３の計算手法による半導体レーザLD1、４分割受光面PD1及びホログラム光学素子５０の組み合わせを用いて、図８に示すような、半導体レーザLD2の基板１０上の位置と収差補正素子８０がホログラム光学素子５０及び対物レンズ４の間に配置された以外、第１の実施例と同様であるピックアップ装置を得ることができる。
【００３７】
まず、往路において半導体レーザLD2の光がホログラム光学素子５０によって−１次回折され、収差補正素子８０が存在しない場合を考える。
図９に示すように、半導体レーザLD2は、ホログラム光学素子５０が半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してその−１次回折光を対物レンズ４へ導き、波長λ２の−１次回折光による記録面５上の光スポットからの戻り光を対物レンズ４から受光して、回折し、回折された波長λ２の＋１次回折光を４分割受光面PD1へ導くような基板上の位置に、配置されている。
【００３８】
ホログラム光学素子５０が半導体レーザLD1からの波長λ１の光と４分割受光面PD1へ集光する戻り光とを干渉させて設計されているので、半導体レーザLD2からの波長λ２の光を−１次回折した光は、ホログラム光学素子５０と対物レンズ４間の往路において収差を持った光束となる。
この収差を補正するため、ホログラム光学素子５０と対物レンズ４間に収差補正素子８０を配置する。この収差補正素子は半導体レーザLD1の光ビームの通過の場合は何の作用もせず、半導体レーザLD2からホログラム光学素子５０を通過した光を無収差に変換する。すなわち、収差補正素子８０は半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれから収差を除去し対物レンズへ導きかつ波長λ1の光ビームには作用しない。
【００３９】
この収差補正素子８０を実現するには、図１７に示すような液晶素子を電気的に切り換えて使用することで、実現できる。
図１７の液晶型収差補正素子８０は一対の透明ガラス基板８１，８２の内面には、収差補正波面に対応するパターンを有する透明電極８３，８４がそれぞれ形成され、これらの間に液晶層８５が設けられている素子である。透明電極８３，８４を介して液晶層８５へ電圧が印加されると、液晶分子が無電圧印加時よりも傾いた配列をなすことによって、半導体レーザLD1，LD2の波長λ1，λ２の光線束へ選択的に作用、又は非作用状態とすることができる。例えば入射光の偏光方向が液晶分子配列に垂直に入射する場合、回折が起きず液晶型収差補正素子としては動作しない。一方、偏光方向が平行に入射する場合、回折が生じ液晶型収差補正素子としては動作する。よって、電圧印加及び非印加で液晶分子の傾斜及び非傾斜部分を収差補正波面に対応するパターンとして、液晶層の屈折率が異なり、入射光の光路長を異ならしめることにより、収差補正素子として働く。また逆に設定もできる。さらにまた、液晶層への印加電圧に応じて液晶分子の傾きが制御できるので、収差補正素子の収差補正量を任意に制御することが可能である。
【００４０】
また、図１８に示すように、ニオブ酸リチウムなどの波長選択性のある非線形光学材料を透明基板１８１に用いて、収差補正波面に対応するパターンをエッチングなどで凹部１８２として、該凹部に非線形光学材料の異常光屈折率又は常光屈折率に等しい屈折率の等方性光学材料１８３を充填すれば、半導体レーザLD1，LD2の波長λ1，λ２の違いにより、非線形光学材料型収差補正素子８０の作用又は非作用状態を選択することができる。
【００４１】
具体的にこの光学系を設計する手順は、まず、図１０に示す手順の中の上記ステップＳ１〜Ｓ３の計算手法により、半導体レーザLD1と４分割受光面PD1とによりホログラム光学素子５０の格子パターンの最適形状設計を行う。
ステップＳ５として、ある位置座標の半導体レーザLD2からの発散光束のホログラム光学素子５０（−１次回折）における波面、続いて収差補正素子８０における波面を高屈折率法もしくは位相関数法を用いた光線追跡で求め、収差補正素子８０の補正量を計算する。
【００４２】
ステップＳ６として、この半導体レーザLD2からの発散光束によるホログラム光学素子５０（−１次回折）における波面、続いて収差補正素子８０における波面、続いて対物レンズにおける波面、続いて光ディスク記録面における波面、続いて、反射光の対物レンズおける波面、続いて反射光の収差補正素子８０における波面、続いて反射光のホログラム光学素子（＋１次回折）における波面、続いて反射光の４分割受光面PD1の波面を計算する。
【００４３】
ステップＳ７として、半導体レーザLD2の位置座標を変化させ、４分割受光面PD1上の収差量を計算して、その結果を保存する。ステップＳ８でその収差量と所定収差閾値とを比較して、閾値を越える場合はステップＳ５へ戻り、LD2座標を変えて再度計算を繰り返す。比較の結果、閾値以下になった場合は、終了する。このように、４分割受光面PD1で不要な収差が最小となる半導体レーザLD2の位置を求める。
【００４４】
更に、このステップＳ８からステップＳ１のループＲ１を設定して、再度、上記ステップＳ１〜Ｓ３の半導体レーザLD1の光軸上の位置及び／又は４分割受光面PD1の位置を変化させ、ステップＳ５〜Ｓ７にて、４分割受光面PD1で不要な収差が最小となる位置を求め、得られた半導体レーザLD2の位置が収差を最小とする結果が求まるまで、即ち所定閾値以下となるまで、上記ステップＳ１〜Ｓ８を繰り返すことによって、第２の実施例の光学系を得ることもできる。
（第３の実施例)
上記第２の実施例同様に、図１１に示すような、収差補正素子８０の代わりに、半導体レーザLD2及びホログラム光学素子の間に光源側収差補正素子８０ａが配置された以外、第２の実施例と同様であるピックアップ装置を得ることもできる。
【００４５】
図１２に示すように、半導体レーザLD2及びホログラム光学素子５０の間に配置された光源側収差補正素子８０ａは、往路において半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれに、ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与し、ホログラム光学素子を透過した波長λ２の光ビームから収差を除去する。この光源側収差補正素子８０ａを半導体レーザLD2とホログラム光学素子５０の間に置く場合は、設計において半導体レーザLD1のパラメータは無関係となる。
（第４の実施例）
上記ステップＳ１〜Ｓ３の計算手法による半導体レーザLD1、４分割受光面PD1及びホログラム光学素子５０の組み合わせを用いて、図１３に示すような、第２の４分割受光面PD2が付加され、配置された以外、第１の実施例と同様であるピックアップ装置を得ることができる。
【００４６】
この場合、波長λ２の半導体レーザLD2の光路も同様に往路では、ホログラム光学素子５０を０次回折光として回折せずに透過する。復路において、ホログラム光学素子が記録面を経た戻り光の第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる＋１次回折光を第２の４分割受光面PD2に導くような位置に、半導体レーザLD2及び第２の４分割受光面PD2が配置される。
【００４７】
このように、予め光学系における第１の半導体レーザLD1及び４分割受光面PD1の組の位置を設定し、その後、第２の半導体レーザLD2及び第２の４分割受光面PD2の組の位置を設定する。
また、図１３の破線に示すような、第２の４分割受光面PD2が配置された以外、第２の実施例と同様に、ホログラム光学素子及び対物レンズの間に波長λ1の光ビームには作用しない収差補正素子８０が配置されたピックアップ装置を得ることもできる。第２の４分割受光面PD2は、ホログラム光学素子５０が波長λ２の−１次回折光による記録面５上の光スポットからの戻り光を対物レンズ４から受光して、回折し、回折された波長λ２の１次回折光を４分割受光面へ導くような基板１０上の位置に、配置される。
【００４８】
収差補正素子８０を有する場合、図１４に示すように、半導体レーザLD1、４分割受光面PD1及びホログラム光学素子５０は、半導体レーザLD1によって発射された波長λ1の光ビームを透過してその０次回折光を対物レンズへ導き、波長λ1の０次回折光による記録面上の光スポットからの戻り光を対物レンズから受光して、回折し、回折された波長λ1の１次回折光を４分割受光面PD1へ導くように、配置される。
【００４９】
つぎに、半導体レーザLD2は、ホログラム光学素子が半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してその−１次回折光を、波長λ1の光ビームの０次回折光と略同一光路で、対物レンズ４へ導くような基板１０上の位置に、配置される。
また、上記第２の実施例と同様に、ホログラム光学素子及び対物レンズの間に波長λ1の光ビームには作用しない収差補正素子８０が配置され、この収差補正素子８０は、半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれから収差を除去し対物レンズへ導く。
【００５０】
このように、半導体レーザLD2からの光は、ホログラム光学素子５０で−１次回折され、半導体レーザLD1から回折されないで対物レンズ４へ向かう光と同一の光路を進む。半導体レーザLD2からの波長λ２の光の戻り光はホログラム光学素子５０での回折角が波長λ１の半導体レーザLD1のものとは違うため、第２の４分割受光面PD2へ集光される。
【００５１】
具体的にこの光学系を設計する手順は、上記第２の実施例の図１０に示した手順において、上記ステップＳ５及びＳ６で、反射光の４分割受光面PD1上の波面及び収差の代わりに第２の４分割受光面PD2についてそれらの最適設計を行うことによって達成される。
（第５の実施例)
上記第４の実施例同様に、図１５に示すような、半導体レーザLD2及びホログラム光学素子の間に光源側収差補正素子８０ａが配置された以外、第４の実施例と同様であるピックアップ装置を得ることもできる。
【００５２】
図１６に示すように、半導体レーザLD2及びホログラム光学素子５０の間に配置された光源側収差補正素子８０ａは、往路において半導体レーザLD2によって発射された波長λ２の光ビームを透過してこれに、ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与し、ホログラム光学素子を透過した波長λ２の光ビームから収差を除去する。この光源側収差補正素子８０ａを半導体レーザLD2とホログラム光学素子５０の間に置く場合は、設計において半導体レーザLD1のパラメータは無関係となる。
【００５３】
なお、上記本発明の光ピックアップ装置においては、対物レンズは、有限仕様対物レンズであることを前提に説明しているが、かかる対物レンズは、光記録媒体側に集光レンズを配置し、半導体レーザ側にコリメータレンズを配置し無限レンズ系としても同様の効果を奏することはあきらかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置内部の概略構成図である。
【図２】 実施例の光検出器の４分割受光面の平面図である。
【図３】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示すフローチャートである。
【図４】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示す概略図である。
【図５】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示す概略図である。
【図６】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置のホログラム光学素子の波面設計を示す概略図である。
【図７】 本発明による第１の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図８】 本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図９】 本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１０】 本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示すフローチャートである。
【図１１】 本発明による第３の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１２】 本発明による第３の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１３】 本発明による第４の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１４】 本発明による第４の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１５】 本発明による第５の実施例の光ピックアップ装置内部の概略斜視図である。
【図１６】 本発明による第５の実施例の光ピックアップ装置の光学系設計を示す概略図である。
【図１７】 本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置の収差補正素子の概略部分断面図である。
【図１８】 本発明による第２の実施例の光ピックアップ装置の他の収差補正素子の概略部分断面図である。
【符号の説明】
LD1,LD2 レーザ光源
50 ホログラム光学素子
４ 対物レンズ
５ 光ディスク
PD1，PD2 光検出器の４分割受光面
１０ 基板
Claims (11)
- ４分割受光面を有する光強度検出手段と、異なる波長の光ビームを発射する２つの半導体レーザと、前記光ビームの各々を光記録媒体へ照射しその記録面に光スポットを形成する対物レンズと、前記４分割受光面と前記対物レンズとの間に配置されたホログラム光学素子と、を含む光学系を有し、前記記録媒体から記録情報を読み取る光ピックアップ装置であって、
前記ホログラム光学素子は、前記記録面及び前記対物レンズを経た光ビームにおけるコマ収差と球面収差を除去し且つ所定量の非点収差を発生させる格子パターンが形成された透明基板を有することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記ホログラム光学素子は、さらに、前記記録面及び前記対物レンズを経た光ビームを前記４分割受光面に集光させるレンズ作用を有することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
- 前記ホログラム光学素子は、前記半導体レーザの一方から発射された第１波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第１波長の０次光を回折し、回折によって得られた＋１次回折光を前記４分割受光面へ導くことを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ装置。
- 前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる＋１次回折光を前記４分割受光面に導くような位置に配置されたことを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
- 前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記ホログラム光学素子及び前記対物レンズの間に配置されかつ、前記第１波長の光ビームには作用しないで、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過してこれから収差を除去しつつ前記対物レンズへ導く収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。 - 前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記半導体レーザの他方及び前記ホログラム光学素子の間に配置されかつ、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過して、これに前記ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与して、前記ホログラム光学素子へ導き、前記ホログラム光学素子を透過した前記第２波長の光ビームから収差を除去する光源側の収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。 - 前記光学系は、第２の４分割受光面をさらに含むこと、並びに、
前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその０次回折光を前記対物レンズへ導き、前記記録面を経た前記第２波長の０次光を回折し、回折によって得られる＋１次回折光を前記第２の４分割受光面に導くような位置に配置されたことを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。 - 前記光学系は、第２の４分割受光面をさらに含むこと、並びに、
前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記第２の４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記ホログラム光学素子及び前記対物レンズの間に配置されかつ、前記第１波長の光ビームには作用しないで、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過してこれから収差を除去しつつ前記対物レンズへ導く収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。 - 前記光学系は、第２の４分割受光面をさらに含むこと、並びに、
前記半導体レーザの他方は、前記ホログラム光学素子が前記半導体レーザの他方によって発射された第２波長の光ビームを透過してその−１次回折光を前記対物レンズへ導き、前記第２波長の−１次回折光による前記記録面上の光スポットからの戻り光を前記対物レンズから受光して、回折し、回折された前記第２波長の＋１次回折光を前記第２の４分割受光面へ導くような位置に配置されたこと、並びに、
前記光学系は、前記半導体レーザの他方及び前記ホログラム光学素子の間に配置されかつ、前記半導体レーザの他方によって発射された前記第２波長の光ビームを透過して、これに前記ホログラム光学素子を透過する際に生じる収差を相殺する収差を付与して、前記ホログラム光学素子へ導き、前記ホログラム光学素子を透過した前記第２波長の光ビームから収差を除去する光源側の収差補正素子を、さらに含むことを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。 - 前記収差補正素子は、一対の透明ガラス基板の内面に、収差補正波面に対応するパターンを有する透明電極がそれぞれ形成され、これらの間に液晶層が設けられている液晶型収差補正素子であり、前記半導体レーザの切換に対応して前記透明電極に電圧を印加することにより選択的に作用又は非作用状態とすることができることを特徴とする請求項５、６、８及び９のいずれか１記載の光ピックアップ装置。
- 前記収差補正素子は、波長選択性のある非線形光学材料からなる透明基板と、前記透明基板上に形成された収差補正波面に対応するパターンの凹部に充填された前記非線形光学材料の異常光屈折率又は常光屈折率に等しい屈折率の等方性光学材料とからなる非線形光学材料型収差補正素子であり、前記半導体レーザの切換に対応してその作用又は非作用状態を選択することができる、ことを特徴とする請求項５、６、８及び９のいずれか１記載の光ピックアップ装置。
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