JP3743732B2 - 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、光情報記録媒体からの信号の記録再生に用いる光学式情報記録再生装置における光ピックアップ装置に関し、特に２焦点対物レンズを有する光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報記録媒体には、ＬＤ(laser disc)、ＣＤ(compact disc)、ＤＶＤ(digital video disc)等の光ディスクが知られている。これら光ディスクでは、基板厚さなどの異なる仕様で設計されている。また、ＤＶＤ仕様に含まれる多層構造の光ディスクでは、各層毎に実効上の光ディスクの厚みが異なる。さらに、異なる光ディスクにおいては、それぞれ読み取り対物レンズの最適な開口数ＮＡも異なっている。
【０００３】
例えば、ＣＤとＤＶＤのいずれかからでも記録情報を読み取りできる光学式情報読み取り装置光ピックアップ装置（以下、コンビプレーヤという）が求められている。ＣＤ再生時の光学系とＤＶＤ再生時の光学系では以下のような違いがある。
(1)開口数ＮＡの違い。（ＤＶＤ再生時が０．６に対して、ＣＤ再生時は０．３７である）
(2) 光ディスク厚みの違い。（ＤＶＤ再生時が０．６ｍｍに対して、ＣＤ再生時は１．２ｍｍである）
従って、ＣＤ／ＤＶＤコンビプレーヤの光ピックアップを実現するためには、最低限上記の２つの違いを補正する必要がある。
【０００４】
コンビプレーヤにおいては、二つの焦点を有する対物レンズがあると都合がよい。即ち、１つの焦点を有する対物レンズでは、一方の光ディスクに対して最適な開口数ＮＡは他方の光ディスクには不適となり、不適な光ディスクに対しては、球面収差などの収差が発生するからである。
ホログラムレンズを用いた２焦点ピックアップが開発されている（特開平７−９８４３１号公報）。この２焦点ピックアップは、図１（ａ）（ｂ）に示すように凸対物レンズ１とホログラムレンズ２とからなる複合対物レンズを有する。ホログラムレンズ２には、ＣＤ用の開口数ＮＡに相当する領域にわたって複数の同心円の回折溝３が形成されている。この回折溝３によって光源からの光ビームを回折して、この０次回折光と１次回折光に分割して対物レンズ１への入射角度を異ならしめることによって、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３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１で集光されるから、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。図１（ａ）に示すように回折溝３によって回折された１次回折光は開口数の小さいＣＤ４の読み取り用として利用され、図１（ｂ）に示すように開口数の大きくなる透過光及び０次回折光はＤＶＤ５の読み取り用として利用される。
【０００５】
この複合対物レンズのホログラムレンズは、透明平面板に同心円状の輪帯凹凸すなわち回折溝３の回折格子を設けて、これに凹レンズ作用を持たせたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ピックアップ光源として用いられる半導体レーザから放射される光ビームのファーフィールドパターンは楕円形状で、
【外１】
つまり、垂直横モードの幅に比べて水平横モードの幅が小さい。また、ＤＶＤは、従来のＣＤ等に比べて記録ピットのトラックピッチが狭いため、隣接トラックからのクロストークの影響が大きくなる。これに鑑み、光ピックアップにおいて通常、水平横モードが光ディスクのトラック接線方向（ＴＡＮ方向）に、垂直横モードが光ディスク半径方向（ＲＡＤ方向）に対応するように半導体レーザが配置される。この配置により、図２に示すように光ディスク記録面１０上のピット１１に集光された光ビームのＤＶＤ用光スポット１２は、ＴＡＮ方向に長い楕円形状となる。
【０００７】
２焦点ピックアップでは、１つの光ビームをＣＤとＤＶＤとで共用するため、図３に示すように、同様に配置された半導体レーザから生成され複合対物レンズにて集光される１次回折光のＣＤ上での光ビームのＣＤ用光スポット１３の形状もＴＡＮ方向に長い楕円形状となる。
一方、高記録密度のＤＶＤに対して良好な再生を行うために、コンビプレーヤでは、半導体レーザの波長を従来の７８０ｎｍよりも短い波長（630〜680ｎｍ）のものを採用する必要がある。このため、ＣＤ用の対物レンズの開口数は、波長に合わせて従来のＣＤプレーヤの対物レンズの開口数より小さくするのであるが、２焦点ピックアップにおいて１次回折光として得られるＣＤ用光ビームは、開口数が小さくなることにより光量も小さくなるため、波長の変化に比例して決まる開口数よりも、多少大きめに設定する必要がある。したがって、２焦点ピックアップによるＣＤ上のビームウエスト径は従来のＣＤ用のものよりも絞られて小さくなる。よって、図４に示すように、１次回折光を集光照射し光スポット１３をＣＤの幅広ピット１１上を走査したとき、その読み取り信号に折り返しＡが発生する場合があり、良好な信号が得られなくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、ＣＤ再生時における読み取り信号の折り返しの発生を抑えることができる２焦点ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の光ピックアップ装置は、光源から放射された光ビームを集光する２焦点の集光レンズ部と前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折するホログラムレンズ部とからなる複合対物レンズを有し、異種の光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう光ピックアップ装置であって、前記ホログラムレンズ部は、その対称中心が前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の楕円溝からなる楕円回折格子パターンと前記楕円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部とからなり、前記楕円回折格子パターンは、前記記録面に集光する前記楕円回折格子パターンによる光ビームの１次回折光におけるトラック伸長方向に交差する方向の開口数が該トラック伸長方向の開口数より小となるように形成されていることを特徴とする。
請求項３記載の本発明の光ピックアップ装置は、光源から放射された光ビームを集光する２焦点の集光レンズ部と前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折するホログラムレンズ部とからなる複合対物レンズを有し、異種の光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう光ピックアップ装置であって、前記ホログラムレンズ部は、その対称中心が前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の長円溝からなる長円回折格子パターンと前記長円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部とからなり、前記長円回折格子パターンは、前記記録面に集光する前記長円回折格子パターンによる光ビームの１次回折光におけるトラック伸長方向に交差する方向の開口数が該トラック伸長方向の開口数より小となるように形成されていることを特徴とする。
請求項５記載の本発明の光ピックアップ装置は、光源から放射された光ビームを集光する２焦点の集光レンズ部と前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折するホログラムレンズ部とからなる複合対物レンズを有し、異種の光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう光ピックアップ装置であって、前記ホログラムレンズ部は、その対称中心が前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の円溝及び円弧溝からなる光軸に対称に両側を削除した非等方的円回折格子パターンと前記非等方的円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部とからなり、前記非等方的円回折格子パターンは、前記記録面に集光する前記非等方的円回折格子パターンによる光ビームの１次回折光におけるトラック伸長方向に交差する方向の開口数が該トラック伸長方向の開口数より小となるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光ピックアップ装置によれば、ＣＤ再生時に、ＲＡＤ方向の開口数ＮＡを下げ、異方性分布の光スポットを形成して、ピット周囲のＲＡＤ方向の強度分布を広げるので、部品点数を増やすこと無くＣＤ再生時における折り返しの影響のない光スポットを形成できる。
複合対物レンズのホログラムレンズ部にて、楕円パターン、長円パターン、両側カット円パターン等のＲＡＤ及びＴＡＮ方向の非等方的パターンを設け、光スポットのＲＡＤ方向の強度分布を広げることを実現する。
【００１１】
【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。
図５は、実施例の光ピックアップ装置の一例を示す。ピックアップボディ内には、光源である半導体レーザ２１、ハーフミラー２２、光ビームを平行光線とするコリメータレンズ２３、光ビームを光ディスク３０へ集光し光スポットを形成する複合対物レンズ２４、及び光スポットからの反射光を受光する光検出器２５が設けられている。複合対物レンズ２４は、光ビームを集光する凸レンズの集光レンズ部２４ａと、集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折する複数の楕円溝からなる回折格子パターンが形成された透光平板のホログラムレンズ部２４ｂとからなる。集光レンズ部２４ａ及びホログラムレンズ部２４ｂは筒状ホルダに所定距離離間して設けられている。
【００１２】
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複合対物レンズ２４を光ディスク３０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複合対物レンズ２４を光ディスク３０の半径方向に移動する。また、光検出器２５の上流には収束、集光或いは収差作用をなす受光用光学系２７を設ける場合もある。
【００１３】
半導体レーザからのレーザビームは、ハーフミラー２２にてコリメータレンズ２３へ反射され、コリメータレンズ２３で平行ビームにされ、複合対物レンズ２４に導かれる。ここでホログラムレンズ部２４ｂはその回折作用によって、半導体レーザからの単一光ビ―ムを０次回折光及び１次回折光に主に分割する。これら回折光は集光レンズ部２４ａによって光ディスク３０に向けて集光され、光ディスク３０の情報記録面のピット列上に光スポットを形成する。
【００１４】
ＤＶＤ再生時には、ホログラムレンズ部２４ｂにより回折された０次回折光はホログラムレンズ部を平行平板ガラスの如く周囲透過光と共に透過し、対物レンズ及び光ディスク間距離の設定で光ディスクに図２に示すように集光される。よって、ＤＶＤ再生時におけるクロストークの影響を抑えることができる。
ＣＤ再生時には、ホログラムレンズ部２４ｂにより回折された１次回折光を用いて、ホログラムレンズ部２４ｂは凹トーリックレンズとして機能し、複合対物レンズに非点収差を与え、光ディスク３０の半径方向に拡大した光スポットを形成する。
【００１５】
記録面で反射された光スポットからの反射光は対物レンズ２４を介してハーフミラー２２に入射し、これを経て光検出器２５の受光部に入る。
ここで例えば、受光用光学系２７に非点収差発生素子を用い、光検出器２５に４分割光検出器を用い、受光面中心付近にスポット像を形成するとすると、４分割光検出器は、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複合対物レンズ２４をサ−ボ制御駆動する。
【００１６】
このようにして、光ピックアップ装置は、光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう。
次に、ホログラムレンズ部２４ｂの回折作用、即ち、記録面に集光する１次回折光におけるトラック伸長方向に交差するＲＡＤ方向の開口数が該トラック伸長方向（ＴＡＮ方向）の開口数より小とする回折格子パターンを説明する。
【００１７】
図６及び図７はホログラムレンズ部２４ｂの光軸方向から見た正面図及びその断面図を示す。図に示されるように、透光平板のホログラムレンズ部２４ｂの一面には、その対称中心が集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の楕円溝からなる楕円回折格子パターン２４１が形成され、楕円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部２４２が配置されている。この楕円溝の断面は鋸歯状をなし、凹トーリックレンズのマイクロフレネルレンズとなっている。この一対の透光部２４２は、対応するＲＡＤ方向における幅Ｗ1がＴＡＮ方向における幅Ｗ2より大となるように、光ビームの光軸に関して回折格子パターン２４１を挾むように配置されている。すなわち、透光部２４２は、対応するトラック伸長方向に交差する方向における幅（ＲＡＤ方向幅Ｗ 1 ）がトラック伸長方向における幅（ＴＡＮ方向幅Ｗ 2 ）より大となるように、光ビームの光軸に関して配置されている。
【００１８】
図８に示すように、楕円回折格子パターンのホログラムレンズ部２４ｂを用いることによって、光ディスクの記録面１０上のピット１１周囲のＲＡＤ方向の強度分布を広めた光スポット１３ａが形成される。すなわち、複合対物レンズ２４のホログラムレンズ部２４ｂはＴＡＮ方向平面からＲＡＤ方向平面までにわたって次第に曲率の減少する凹トーリックレンズと同じ作用をなし、これと凸レンズの集光レンズ部２４ａとの組み合わせによって、図９（ａ）に示されるように、ＴＡＮ方向平面における開口数ＮＡTANは、図９（ｂ）に示されるように、ＲＡＤ方向平面における開口数ＮＡRADよりも小となるからである。
（複合対物レンズの開口数ＮＡRAD，ＮＡTANの計算例）
ＤＶＤシステムにおける対物レンズ入射瞳周辺の光強度分布を示すσ値を考える。ガウス分布のレーザ射出光が、対物レンズの瞳に入射するとき、中心光強度＝Ｉ0（≡１）、瞳周辺の光強度＝Ｉｍとする。
【００１９】
そして、Ｉｍ／Ｉ0＝Ｉｍ＝exp（−σ）を満たすσが光強度を示すとする。
ガウス分布をψ（γ）＝exp（−２γ2）とすると、強度分布０．５（半値）のとき、ψ（γ）＝０．５であるから、γ0＝［−（ln０．５）／２］1/2となる。
半導体レーザの光ビームの放射角θｏを、半値半幅として定義する。
上記γは、放射角θに対してＮＡ＝ｓｉｎθ∝γと書ける。
【００２０】
ここで、ＮＡ0＝ｓｉｎθ0∝γ0とし、光ビームの半値半幅がθ0のとき、任意のθでの光強度を考える。
【００２１】
【数１】
ＮＡ0：γ0＝ＮＡ：γより、
γ＝γ0×ＮＡ／ＮＡ0
∴σ＝２γ2
＝２γ2×（ＮＡ／ＮＡ0）2
＝２×［−ln（０．５）／２］×（ＮＡ／ＮＡ0）2
＝−ln０．５×（ＮＡ／Ａ0）2
となる。
【００２２】
半導体レーザの光ビームの放射角は、一般には、半値半幅で
【００２３】
【数２】
程度と考えられる。
一方、光ディスク側開口数ＮＡobj＝０．６、半導体レーザ側開口数ＮＡLD＝０．１０４とし、光ディスク側焦点距離ｆ′obj＝３．３、半導体レーザ側焦点距離f′LD＝１９．０９とすると、
【００２４】
【数３】
を得る。
このとき、ＴＡＮ方向での対物レンズ入射瞳周辺での光強度分布を示すσ値は
【００２５】
【数４】
を得る。
同様にＲＡＤ方向でのσ値はσRAD＝０．１０４を得る。
【００２６】
ここで、周辺光量は、
【００２７】
【数５】
ＩｍTAN＝exp（−σTAN）＝０．２１６
ＩｍRAD＝exp（−σRAD）＝０．９０１
となる。即ち、図２のように、ＴＡＮ方向ＲＡＤ方向で異方性分布となる。
この異方性分布が対物レンズに入射して、集光後の光ディスク上での光強度分布は、ＲＡＤ方向に狭く、ＴＡＮ方向に広い分布となる。
【００２８】
一方、ＣＤシステムにおいては、対物レンズへの入射光分布（ファーフィールドパターン）が上と同一で、ＣＤを再生する時、ＮＡ＝０．３７５として考えると、σ値も同時に変化し、
【００２９】
【数６】
σTAN＝０．５９９
σRAD＝０．０４１
となる。この時、周辺強度は、
【００３０】
【数７】
ＩｍTAN＝exp（−０．５９９）＝０．５５０
ＩｍRAD＝exp（−０．０４１）＝０．９６０
である。
この時光ディスク上の光分布は、多少ＴＡＮ方向に広い異方性分布となる。
【００３１】
ＣＤピットに対しては、この状態で幅広ピットを再生した時、光強度が狭いため、図４に示すように信号の折り返しが発生する。
ＲＡＤ方向の集光スポット幅をＴＡＮ方向より大きくするように、回折格子パターンのＲＡＤ方向の溝ピッチをＴＡＮ方向より大きくして、光ディスク側のＮＡを、
【００３２】
【数８】
ＮＡTAN＝０．３７５
ＮＡRAD＝０．２５
とＴＡＮ及びＲＡＤ方向にて非等方的にする。すると、以下の値を得る。
【００３３】
【数９】
σTAN＝０．５９９
σRAD＝０．０１８
ＩｍTAN＝０．５５０
ＩｍRAD＝０．９８２
この時、光ディスク上の光スポットの所定強度分布は、図８のようになり、ピット幅に対して充分広くなり、読み取り信号の折り返しがなくなる。
（他のホログラムレンズ部の例）上記実施例では、複数の楕円溝からなる回折格子パターンが形成された透光平板のホログラムレンズ部２４ｂを用いている。この楕円パターンに加えて、図１０に示すようにＲＡＤ及びＴＡＮ方向に配置された長円パターン２４１ａの非等方的パターンを、また図１１に示すようにＲＡＤ及びＴＡＮ方向に配置された、光軸に対称に両側を削除した非等方的円パターン２４１ｂを設け、光スポットのＲＡＤ方向の強度分布を広げることができる。光スポットの強度分布を、複合対物レンズのホログラムレンズ部の回折格子パターン形状を適宜設計することで補正することができる。すなわち、図１０及び図１１から明らかなように、透光部２４２は、対応するトラック伸長方向に交差する方向（ＲＡＤ方向）における幅がトラック伸長方向（ＴＡＮ方向）における幅より大となるように、光ビームの光軸に関して配置されている。
【００３４】
ホログラムレンズ部はＰＭＭＡなどのプラスチック、光学ガラスから形成され、そのレプリカは、ダイヤモンドターニングマシーンなどの超精密旋盤で回折格子パターンの金型を製作し、これを用いて、射出成形法、フォトポリマー法によって、製造される。
さらに、上記実施例では、ホログラムレンズ部を離間配置した別個の集光レンズ部の組み合わせの複合対物レンズとしたが、一面に集光レンズ部を形成しかつ、他面に収差補正された屈折面のホログラムレンズ部を形成した一体型の複合対物レンズとしてもよい。
【００３５】
更に、この光ピックアップ光学系よれば、ＤＶＤシステムによる、２層の記録層を有する光ディスクに同時に２つの光ビームを集光できる。
このように、本発明の光ピックアップ光学系は、入射側に配置されるホログラムレンズ部及び光ビームの光軸にわたってそのホログラムレンズ部を挾む透光部からなるホログラムレンズ、並びに集光レンズを含み、ホログラムレンズ及び集光レンズをそれらの主面の法線が入射光線の光軸に一致させ配置されている。入射光線が透光部へ直接入射するようにホログラムレンズ部の横断面面積が入射光線の横断面面積より小である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 二焦点複合対物レンズの概略構成図。
【図２】 ＤＶＤの記録面の拡大平面図。
【図３】 ＣＤの記録面の拡大平面図。
【図４】 読み取り信号のグラフ。
【図５】 実施例の二焦点複合対物レンズを有する光ピックアップ装置の概略構成図。
【図６】 実施例の二焦点複合対物レンズのホログラムレンズ部の光軸方向から見た正面図。
【図７】 図６線ＢＢの断面図。
【図８】 ＣＤの記録面の拡大平面図。
【図９】 実施例の二焦点複合対物レンズの概略構成図。
【図１０】 他の実施例の二焦点複合対物レンズのホログラムレンズ部の光軸方向から見た正面図。
【図１１】 他の実施例の二焦点複合対物レンズのホログラムレンズ部の光軸方向から見た正面図。
【主要部分の符号の説明】
２１ 半導体レーザ
２２ ハーフミラー
２３ コリメータレンズ
２４ 複合対物レンズ
２４ａ 集光レンズ部
２４ｂ ホログラムレンズ部
２５ ４分割光検出器
２６ アクチュエータ
３０ 光ディスク
３２ エラー検出回路
３２ａ 復調回路
３３ アクチュエータ駆動回路
２４１ 楕円回折格子パターン
２４２ 透光部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録媒体からの信号の記録再生に用いる光学式情報記録再生装置における光ピックアップ装置に関し、特に２焦点対物レンズを有する光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光情報記録媒体には、ＬＤ(laser disc)、ＣＤ(compact disc)、ＤＶＤ(digital video disc)等の光ディスクが知られている。これら光ディスクでは、基板厚さなどの異なる仕様で設計されている。また、ＤＶＤ仕様に含まれる多層構造の光ディスクでは、各層毎に実効上の光ディスクの厚みが異なる。さらに、異なる光ディスクにおいては、それぞれ読み取り対物レンズの最適な開口数ＮＡも異なっている。
【０００３】
例えば、ＣＤとＤＶＤのいずれかからでも記録情報を読み取りできる光学式情報読み取り装置光ピックアップ装置（以下、コンビプレーヤという）が求められている。ＣＤ再生時の光学系とＤＶＤ再生時の光学系では以下のような違いがある。
(1)開口数ＮＡの違い。（ＤＶＤ再生時が０．６に対して、ＣＤ再生時は０．３７である）
(2) 光ディスク厚みの違い。（ＤＶＤ再生時が０．６ｍｍに対して、ＣＤ再生時は１．２ｍｍである）
従って、ＣＤ／ＤＶＤコンビプレーヤの光ピックアップを実現するためには、最低限上記の２つの違いを補正する必要がある。
【０００４】
コンビプレーヤにおいては、二つの焦点を有する対物レンズがあると都合がよい。即ち、１つの焦点を有する対物レンズでは、一方の光ディスクに対して最適な開口数ＮＡは他方の光ディスクには不適となり、不適な光ディスクに対しては、球面収差などの収差が発生するからである。
ホログラムレンズを用いた２焦点ピックアップが開発されている（特開平７−９８４３１号公報）。この２焦点ピックアップは、図１（ａ）（ｂ）に示すように凸対物レンズ１とホログラムレンズ２とからなる複合対物レンズを有する。ホログラムレンズ２には、ＣＤ用の開口数ＮＡに相当する領域にわたって複数の同心円の回折溝３が形成されている。この回折溝３によって光源からの光ビームを回折して、この０次回折光と１次回折光に分割して対物レンズ１への入射角度を異ならしめることによって、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３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１で集光されるから、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。図１（ａ）に示すように回折溝３によって回折された１次回折光は開口数の小さいＣＤ４の読み取り用として利用され、図１（ｂ）に示すように開口数の大きくなる透過光及び０次回折光はＤＶＤ５の読み取り用として利用される。
【０００５】
この複合対物レンズのホログラムレンズは、透明平面板に同心円状の輪帯凹凸すなわち回折溝３の回折格子を設けて、これに凹レンズ作用を持たせたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ピックアップ光源として用いられる半導体レーザから放射される光ビームのファーフィールドパターンは楕円形状で、
【外１】
【０００７】
２焦点ピックアップでは、１つの光ビームをＣＤとＤＶＤとで共用するため、図３に示すように、同様に配置された半導体レーザから生成され複合対物レンズにて集光される１次回折光のＣＤ上での光ビームのＣＤ用光スポット１３の形状もＴＡＮ方向に長い楕円形状となる。
一方、高記録密度のＤＶＤに対して良好な再生を行うために、コンビプレーヤでは、半導体レーザの波長を従来の７８０ｎｍよりも短い波長（630〜680ｎｍ）のものを採用する必要がある。このため、ＣＤ用の対物レンズの開口数は、波長に合わせて従来のＣＤプレーヤの対物レンズの開口数より小さくするのであるが、２焦点ピックアップにおいて１次回折光として得られるＣＤ用光ビームは、開口数が小さくなることにより光量も小さくなるため、波長の変化に比例して決まる開口数よりも、多少大きめに設定する必要がある。したがって、２焦点ピックアップによるＣＤ上のビームウエスト径は従来のＣＤ用のものよりも絞られて小さくなる。よって、図４に示すように、１次回折光を集光照射し光スポット１３をＣＤの幅広ピット１１上を走査したとき、その読み取り信号に折り返しＡが発生する場合があり、良好な信号が得られなくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、ＣＤ再生時における読み取り信号の折り返しの発生を抑えることができる２焦点ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の光ピックアップ装置は、光源から放射された光ビームを集光する２焦点の集光レンズ部と前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折するホログラムレンズ部とからなる複合対物レンズを有し、異種の光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう光ピックアップ装置であって、前記ホログラムレンズ部は、その対称中心が前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の楕円溝からなる楕円回折格子パターンと前記楕円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部とからなり、前記楕円回折格子パターンは、前記記録面に集光する前記楕円回折格子パターンによる光ビームの１次回折光におけるトラック伸長方向に交差する方向の開口数が該トラック伸長方向の開口数より小となるように形成されていることを特徴とする。
請求項３記載の本発明の光ピックアップ装置は、光源から放射された光ビームを集光する２焦点の集光レンズ部と前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折するホログラムレンズ部とからなる複合対物レンズを有し、異種の光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう光ピックアップ装置であって、前記ホログラムレンズ部は、その対称中心が前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の長円溝からなる長円回折格子パターンと前記長円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部とからなり、前記長円回折格子パターンは、前記記録面に集光する前記長円回折格子パターンによる光ビームの１次回折光におけるトラック伸長方向に交差する方向の開口数が該トラック伸長方向の開口数より小となるように形成されていることを特徴とする。
請求項５記載の本発明の光ピックアップ装置は、光源から放射された光ビームを集光する２焦点の集光レンズ部と前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折するホログラムレンズ部とからなる複合対物レンズを有し、異種の光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう光ピックアップ装置であって、前記ホログラムレンズ部は、その対称中心が前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の円溝及び円弧溝からなる光軸に対称に両側を削除した非等方的円回折格子パターンと前記非等方的円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部とからなり、前記非等方的円回折格子パターンは、前記記録面に集光する前記非等方的円回折格子パターンによる光ビームの１次回折光におけるトラック伸長方向に交差する方向の開口数が該トラック伸長方向の開口数より小となるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光ピックアップ装置によれば、ＣＤ再生時に、ＲＡＤ方向の開口数ＮＡを下げ、異方性分布の光スポットを形成して、ピット周囲のＲＡＤ方向の強度分布を広げるので、部品点数を増やすこと無くＣＤ再生時における折り返しの影響のない光スポットを形成できる。
複合対物レンズのホログラムレンズ部にて、楕円パターン、長円パターン、両側カット円パターン等のＲＡＤ及びＴＡＮ方向の非等方的パターンを設け、光スポットのＲＡＤ方向の強度分布を広げることを実現する。
【００１１】
【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。
図５は、実施例の光ピックアップ装置の一例を示す。ピックアップボディ内には、光源である半導体レーザ２１、ハーフミラー２２、光ビームを平行光線とするコリメータレンズ２３、光ビームを光ディスク３０へ集光し光スポットを形成する複合対物レンズ２４、及び光スポットからの反射光を受光する光検出器２５が設けられている。複合対物レンズ２４は、光ビームを集光する凸レンズの集光レンズ部２４ａと、集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折する複数の楕円溝からなる回折格子パターンが形成された透光平板のホログラムレンズ部２４ｂとからなる。集光レンズ部２４ａ及びホログラムレンズ部２４ｂは筒状ホルダに所定距離離間して設けられている。
【００１２】
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複合対物レンズ２４を光ディスク３０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複合対物レンズ２４を光ディスク３０の半径方向に移動する。また、光検出器２５の上流には収束、集光或いは収差作用をなす受光用光学系２７を設ける場合もある。
【００１３】
半導体レーザからのレーザビームは、ハーフミラー２２にてコリメータレンズ２３へ反射され、コリメータレンズ２３で平行ビームにされ、複合対物レンズ２４に導かれる。ここでホログラムレンズ部２４ｂはその回折作用によって、半導体レーザからの単一光ビ―ムを０次回折光及び１次回折光に主に分割する。これら回折光は集光レンズ部２４ａによって光ディスク３０に向けて集光され、光ディスク３０の情報記録面のピット列上に光スポットを形成する。
【００１４】
ＤＶＤ再生時には、ホログラムレンズ部２４ｂにより回折された０次回折光はホログラムレンズ部を平行平板ガラスの如く周囲透過光と共に透過し、対物レンズ及び光ディスク間距離の設定で光ディスクに図２に示すように集光される。よって、ＤＶＤ再生時におけるクロストークの影響を抑えることができる。
ＣＤ再生時には、ホログラムレンズ部２４ｂにより回折された１次回折光を用いて、ホログラムレンズ部２４ｂは凹トーリックレンズとして機能し、複合対物レンズに非点収差を与え、光ディスク３０の半径方向に拡大した光スポットを形成する。
【００１５】
記録面で反射された光スポットからの反射光は対物レンズ２４を介してハーフミラー２２に入射し、これを経て光検出器２５の受光部に入る。
ここで例えば、受光用光学系２７に非点収差発生素子を用い、光検出器２５に４分割光検出器を用い、受光面中心付近にスポット像を形成するとすると、４分割光検出器は、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複合対物レンズ２４をサ−ボ制御駆動する。
【００１６】
このようにして、光ピックアップ装置は、光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう。
次に、ホログラムレンズ部２４ｂの回折作用、即ち、記録面に集光する１次回折光におけるトラック伸長方向に交差するＲＡＤ方向の開口数が該トラック伸長方向（ＴＡＮ方向）の開口数より小とする回折格子パターンを説明する。
【００１７】
図６及び図７はホログラムレンズ部２４ｂの光軸方向から見た正面図及びその断面図を示す。図に示されるように、透光平板のホログラムレンズ部２４ｂの一面には、その対称中心が集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の楕円溝からなる楕円回折格子パターン２４１が形成され、楕円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部２４２が配置されている。この楕円溝の断面は鋸歯状をなし、凹トーリックレンズのマイクロフレネルレンズとなっている。この一対の透光部２４２は、対応するＲＡＤ方向における幅Ｗ1がＴＡＮ方向における幅Ｗ2より大となるように、光ビームの光軸に関して回折格子パターン２４１を挾むように配置されている。すなわち、透光部２４２は、対応するトラック伸長方向に交差する方向における幅（ＲＡＤ方向幅Ｗ 1 ）がトラック伸長方向における幅（ＴＡＮ方向幅Ｗ 2 ）より大となるように、光ビームの光軸に関して配置されている。
【００１８】
図８に示すように、楕円回折格子パターンのホログラムレンズ部２４ｂを用いることによって、光ディスクの記録面１０上のピット１１周囲のＲＡＤ方向の強度分布を広めた光スポット１３ａが形成される。すなわち、複合対物レンズ２４のホログラムレンズ部２４ｂはＴＡＮ方向平面からＲＡＤ方向平面までにわたって次第に曲率の減少する凹トーリックレンズと同じ作用をなし、これと凸レンズの集光レンズ部２４ａとの組み合わせによって、図９（ａ）に示されるように、ＴＡＮ方向平面における開口数ＮＡTANは、図９（ｂ）に示されるように、ＲＡＤ方向平面における開口数ＮＡRADよりも小となるからである。
（複合対物レンズの開口数ＮＡRAD，ＮＡTANの計算例）
ＤＶＤシステムにおける対物レンズ入射瞳周辺の光強度分布を示すσ値を考える。ガウス分布のレーザ射出光が、対物レンズの瞳に入射するとき、中心光強度＝Ｉ0（≡１）、瞳周辺の光強度＝Ｉｍとする。
【００１９】
そして、Ｉｍ／Ｉ0＝Ｉｍ＝exp（−σ）を満たすσが光強度を示すとする。
ガウス分布をψ（γ）＝exp（−２γ2）とすると、強度分布０．５（半値）のとき、ψ（γ）＝０．５であるから、γ0＝［−（ln０．５）／２］1/2となる。
半導体レーザの光ビームの放射角θｏを、半値半幅として定義する。
上記γは、放射角θに対してＮＡ＝ｓｉｎθ∝γと書ける。
【００２０】
ここで、ＮＡ0＝ｓｉｎθ0∝γ0とし、光ビームの半値半幅がθ0のとき、任意のθでの光強度を考える。
【００２１】
【数１】
ＮＡ0：γ0＝ＮＡ：γより、
γ＝γ0×ＮＡ／ＮＡ0
∴σ＝２γ2
＝２γ2×（ＮＡ／ＮＡ0）2
＝２×［−ln（０．５）／２］×（ＮＡ／ＮＡ0）2
＝−ln０．５×（ＮＡ／Ａ0）2
となる。
【００２２】
半導体レーザの光ビームの放射角は、一般には、半値半幅で
【００２３】
【数２】
一方、光ディスク側開口数ＮＡobj＝０．６、半導体レーザ側開口数ＮＡLD＝０．１０４とし、光ディスク側焦点距離ｆ′obj＝３．３、半導体レーザ側焦点距離f′LD＝１９．０９とすると、
【００２４】
【数３】
このとき、ＴＡＮ方向での対物レンズ入射瞳周辺での光強度分布を示すσ値は
【００２５】
【数４】
同様にＲＡＤ方向でのσ値はσRAD＝０．１０４を得る。
【００２６】
ここで、周辺光量は、
【００２７】
【数５】
ＩｍTAN＝exp（−σTAN）＝０．２１６
ＩｍRAD＝exp（−σRAD）＝０．９０１
となる。即ち、図２のように、ＴＡＮ方向ＲＡＤ方向で異方性分布となる。
この異方性分布が対物レンズに入射して、集光後の光ディスク上での光強度分布は、ＲＡＤ方向に狭く、ＴＡＮ方向に広い分布となる。
【００２８】
一方、ＣＤシステムにおいては、対物レンズへの入射光分布（ファーフィールドパターン）が上と同一で、ＣＤを再生する時、ＮＡ＝０．３７５として考えると、σ値も同時に変化し、
【００２９】
【数６】
σTAN＝０．５９９
σRAD＝０．０４１
となる。この時、周辺強度は、
【００３０】
【数７】
ＩｍTAN＝exp（−０．５９９）＝０．５５０
ＩｍRAD＝exp（−０．０４１）＝０．９６０
である。
この時光ディスク上の光分布は、多少ＴＡＮ方向に広い異方性分布となる。
【００３１】
ＣＤピットに対しては、この状態で幅広ピットを再生した時、光強度が狭いため、図４に示すように信号の折り返しが発生する。
ＲＡＤ方向の集光スポット幅をＴＡＮ方向より大きくするように、回折格子パターンのＲＡＤ方向の溝ピッチをＴＡＮ方向より大きくして、光ディスク側のＮＡを、
【００３２】
【数８】
ＮＡTAN＝０．３７５
ＮＡRAD＝０．２５
とＴＡＮ及びＲＡＤ方向にて非等方的にする。すると、以下の値を得る。
【００３３】
【数９】
σTAN＝０．５９９
σRAD＝０．０１８
ＩｍTAN＝０．５５０
ＩｍRAD＝０．９８２
この時、光ディスク上の光スポットの所定強度分布は、図８のようになり、ピット幅に対して充分広くなり、読み取り信号の折り返しがなくなる。
（他のホログラムレンズ部の例）上記実施例では、複数の楕円溝からなる回折格子パターンが形成された透光平板のホログラムレンズ部２４ｂを用いている。この楕円パターンに加えて、図１０に示すようにＲＡＤ及びＴＡＮ方向に配置された長円パターン２４１ａの非等方的パターンを、また図１１に示すようにＲＡＤ及びＴＡＮ方向に配置された、光軸に対称に両側を削除した非等方的円パターン２４１ｂを設け、光スポットのＲＡＤ方向の強度分布を広げることができる。光スポットの強度分布を、複合対物レンズのホログラムレンズ部の回折格子パターン形状を適宜設計することで補正することができる。すなわち、図１０及び図１１から明らかなように、透光部２４２は、対応するトラック伸長方向に交差する方向（ＲＡＤ方向）における幅がトラック伸長方向（ＴＡＮ方向）における幅より大となるように、光ビームの光軸に関して配置されている。
【００３４】
ホログラムレンズ部はＰＭＭＡなどのプラスチック、光学ガラスから形成され、そのレプリカは、ダイヤモンドターニングマシーンなどの超精密旋盤で回折格子パターンの金型を製作し、これを用いて、射出成形法、フォトポリマー法によって、製造される。
さらに、上記実施例では、ホログラムレンズ部を離間配置した別個の集光レンズ部の組み合わせの複合対物レンズとしたが、一面に集光レンズ部を形成しかつ、他面に収差補正された屈折面のホログラムレンズ部を形成した一体型の複合対物レンズとしてもよい。
【００３５】
更に、この光ピックアップ光学系よれば、ＤＶＤシステムによる、２層の記録層を有する光ディスクに同時に２つの光ビームを集光できる。
このように、本発明の光ピックアップ光学系は、入射側に配置されるホログラムレンズ部及び光ビームの光軸にわたってそのホログラムレンズ部を挾む透光部からなるホログラムレンズ、並びに集光レンズを含み、ホログラムレンズ及び集光レンズをそれらの主面の法線が入射光線の光軸に一致させ配置されている。入射光線が透光部へ直接入射するようにホログラムレンズ部の横断面面積が入射光線の横断面面積より小である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 二焦点複合対物レンズの概略構成図。
【図２】 ＤＶＤの記録面の拡大平面図。
【図３】 ＣＤの記録面の拡大平面図。
【図４】 読み取り信号のグラフ。
【図５】 実施例の二焦点複合対物レンズを有する光ピックアップ装置の概略構成図。
【図６】 実施例の二焦点複合対物レンズのホログラムレンズ部の光軸方向から見た正面図。
【図７】 図６線ＢＢの断面図。
【図８】 ＣＤの記録面の拡大平面図。
【図９】 実施例の二焦点複合対物レンズの概略構成図。
【図１０】 他の実施例の二焦点複合対物レンズのホログラムレンズ部の光軸方向から見た正面図。
【図１１】 他の実施例の二焦点複合対物レンズのホログラムレンズ部の光軸方向から見た正面図。
【主要部分の符号の説明】
２１ 半導体レーザ
２２ ハーフミラー
２３ コリメータレンズ
２４ 複合対物レンズ
２４ａ 集光レンズ部
２４ｂ ホログラムレンズ部
２５ ４分割光検出器
２６ アクチュエータ
３０ 光ディスク
３２ エラー検出回路
３２ａ 復調回路
３３ アクチュエータ駆動回路
２４１ 楕円回折格子パターン
２４２ 透光部
Claims (6)
- 光源から放射された光ビームを集光する２焦点の集光レンズ部と前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折するホログラムレンズ部とからなる複合対物レンズを有し、異種の光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう光ピックアップ装置であって、前記ホログラムレンズ部は、その対称中心が前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の楕円溝からなる楕円回折格子パターンと前記楕円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部とからなり、前記楕円回折格子パターンは、前記記録面に集光する前記楕円回折格子パターンによる光ビームの１次回折光におけるトラック伸長方向に交差する方向の開口数が該トラック伸長方向の開口数より小となるように形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
- 前記透光部は、対応する前記トラック伸長方向に交差する方向における幅が前記トラック伸長方向における幅より大となるように配置されてい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。
- 光源から放射された光ビームを集光する２焦点の集光レンズ部と前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折するホログラムレンズ部とからなる複合対物レンズを有し、異種の光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう光ピックアップ装置であって、前記ホログラムレンズ部は、その対称中心が前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の長円溝からなる長円回折格子パターンと前記長円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部とからなり、前記長円回折格子パターンは、前記記録面に集光する前記長円回折格子パターンによる光ビームの１次回折光におけるトラック伸長方向に交差する方向の開口数が該トラック伸長方向の開口数より小となるように形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
- 前記透光部は、対応する前記トラック伸長方向に交差する方向における幅が前記トラック伸長方向における幅より大となるように配置されていることを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
- 光源から放射された光ビームを集光する２焦点の集光レンズ部と前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置され該光ビームを回折するホログラムレンズ部とからなる複合対物レンズを有し、異種の光情報記録媒体の記録面に光スポットを形成し、該記録面上の記録部のトラックに対する光スポットの相対的な位置の制御を行なう光ピックアップ装置であって、前記ホログラムレンズ部は、その対称中心が前記集光レンズ部の光軸に同軸に配置された複数の円溝及び円弧溝からなる光軸に対称に両側を削除した非等方的円回折格子パターンと前記非等方的円回折格子パターンが無くこれを挾む透光部とからなり、前記非等方的円回折格子パターンは、前記記録面に集光する前記非等方的円回折格子パターンによる光ビームの１次回折光におけるトラック伸長方向に交差する方向の開口数が該トラック伸長方向の開口数より小となるように形成されていることを特徴とする光ピックアップ装置。
- 前記透光部は、対応する前記トラック伸長方向に交差する方向における幅が前記トラック伸長方向における幅より大となるように配置されていることを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
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