JP4228723B2 - 光ピックアップ装置及び光ピックアップ装置用の対物レンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置及びそれに用いられる光学素子に関し、特に、光源波長の異なる3つの光源から出射される光束を用いて、3つの異なる光情報記録媒体に対して、それぞれ情報の記録及び/又は再生が可能な光ピックアップ装置及びそれに用いられる対物レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、波長400nm程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録/再生を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、NA0.85、光源波長405nmの仕様で情報記録/再生を行う光ディスク(以下、本明細書ではかかる光ディスクを「高密度DVD」と呼ぶ)では、DVD(NA0.6、光源波長650nm、記憶容量4、7GB)と同じ大きさである直径12cmの光ディスクに対して、1面あたり20〜30GBの情報の記録が可能である。
【0003】
ところで、このような高密度DVDに対して適切に情報を記録/再生できるというだけでは、光ピックアップ装置の製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したDVDやCDが販売されている現実をふまえると、高密度DVDに対して適切に情報を記録/再生できるだけでは足らず、例えばユーザーが所有している従来のDVD或いはCDに対しても同様に適切に情報を記録/再生できるようにすることが、互換タイプの光ピックアップ装置として製品の価値を高めることに通じるのである。このような背景から、互換タイプの光ピックアップ装置に用いる集光光学系は、高密度DVD、従来タイプのDVD、CDいずれに対しても、適切に情報を記録/再生できるようにすることが望まれている。このような互換タイプの光ピックアップ装置の例は、例えば以下の特許文献1に記載されている。
【特許文献1】
特開2001−43559号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、CD、DVD、及び高密度DVDに対して情報の記録及び/又は再生を行う場合、一般的には異なる波長の光源を使用する必要がある。しかるに、高密度DVDに対して情報の記録及び/又は再生を行う際に用いる短波長の光源は、光学素子の温度変化に起因する屈折率変化や光源波長のふらつきなどに対して集光光学系の許容差が厳しいという問題がある。ところが、高密度DVDに対して好適な特性の集光光学系を設計すると、CD及びDVDに対して十分な光学特性を持たせることが困難となるという問題がある。
【0005】
本発明は、かかる問題点に鑑みて成されたものであり、例えば高密度DVDと従来のDVD、CDの全てに対して適切に情報の記録及び/再生を行える光ピックアップ装置及び対物レンズを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の光ピックアップ装置は、波長λ1の第1光源と、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源と、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源と、対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第1光源からの光束を、厚さt1の保護層を介して第1光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっており、又、前記第2光源からの光束を、厚さt2の保護層を介して第2光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第3光源からの光束を、厚さt3(t1<t3且つt2<t3)の保護層を介して第3光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、
前記対物レンズは、前記第1光情報記録媒体、前記第2光情報記録媒体及び前記第3光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源、前記第2光源、及び前記第3光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした内側領域と、前記第1光情報記録媒体及び前記第2光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源及び前記第2光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした中間領域と、前記第1光情報記録媒体に対して記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源から照射された光束が通過して該情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした外側領域とを有し、
更に、前記第1光源から出射された光束の光軸と、前記第2光源から出射された光束の光軸とを一致させて出射する第1ビームスプリッタと、
前記第1ビームスプリッタから出射された光束に、前記第3光源から出射された光束の光軸を一致させて出射する第2ビームスプリッタと、
前記第1ビームスプリッタと前記第2ビームスプリッタとの間に配置され、光源波長差に基づく回折効果により、前記第1光源から出射された光束が入射したときは、その発散角又は収束角を変えずに出射し、前記第2光源から出射された光束が入射したときは、その発散角を増大して出射する回折素子と、を有することを特徴とする。本発明によれば、前記第1光源から出射された光束は、前記対物レンズに入射する際には平行光束とすることができ、それにより温度変化や半導体レーザに特有のモードホッピング現象(光源波長のふらつき)が生じても、それに起因した収差劣化を補正しやすいという利点がある。一方、前記第2光源から出射された光束は、前記第1光源から出射された光束と同じ光路をたどりながらも、光源波長差に基づく前記回折素子の回折効果により、前記対物レンズに入射する際には発散光束とでき、それにより球面収差補正をしやすいという利点がある。
【0007】
請求項2に記載の光ピックアップ装置は、請求項1に記載の発明において、前記第1ビームスプリッタと前記第2ビームスプリッタとの間に、入射された光束の径を拡大して出射するビームエキスパンダーを有することを特徴とするので、例えば情報記録面を2層に有するタイプの光情報記録媒体に対応できる。
【0008】
請求項3に記載の光ピックアップ装置は、請求項1又は2に記載の発明において、前記第1ビームスプリッタと前記第2ビームスプリッタとの間に、ビーム整形素子を有することを特徴とするので、光軸直交方向断面が非円形の光束を出射する光源でも用いることができる。前記第1光束と前記第2光束は、波長は異なるが発散角は、おのおのθ1=8〜11度、θ2=18〜24度であるので、共通のビーム整形素子を用いることで構成を簡略化できる。
【0009】
請求項4に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜3のいずれかの発明において、前記第1光源に対向して配置され、前記第1光源から出射された光束の発散角を変える第1カップリング素子を有することを特徴とする。
請求項5に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜4のいずれかの発明において、前記第2光源に対向して配置され、前記第2光源から出射された光束の発散角を変える第2カップリング素子を有することを特徴とする。
請求項6に記載の光ピックアップ装置は、波長λ1の第1光源と、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源と、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源と、対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第1光源からの光束を、厚さt1の保護層を介して第1光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっており、又、前記第2光源からの光束を、厚さt2の保護層を介して第2光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第3光源からの光束を、厚さt3(t1<t3且つt2<t3)の保護層を介して第3光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、
前記対物レンズは、前記第1光情報記録媒体、前記第2光情報記録媒体及び前記第3光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源、前記第2光源、及び前記第3光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした内側領域と、前記第1光情報記録媒体及び前記第2光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源及び前記第2光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした中間領域と、前記第1光情報記録媒体に対して記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源から照射された光束が通過して該情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした外側領域とを有し、
更に、前記第1光源から出射された光束と前記第2光源から出射された光束とが共通して通過する光路内に配置され、光源波長差に基づく回折効果により、前記第1光源から出射された光束が入射したときは、その発散角又は収束角を変えずに出射し、前記第2光源から出射された光束が入射したときは、その発散角を増大して出射する回折素子と、
前記回折素子を通過した光束に、前記第3光源から出射された光束の光軸を一致させて出射するビームスプリッタと、を有することを特徴とする。
請求項7に記載の対物レンズは、請求項1乃至6のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする。
【0010】
尚、前記第1光情報記録媒体の保護層の厚さt1と、前記第2光情報記録媒体の保護層の厚さt2とが等しい場合には、前記第1光源から出射された光束と、前記第2光源から出射された光束が、ともに平行光束の状態で前記対物レンズに入射するようにしたり、また前記第1光源から出射された光束と、前記第2光源から出射された光束が共通して通過する光路内に、ビーム整形素子と球面収差補正素子とを配置すると望ましい。
【0011】
本明細書中において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズと共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズを指すものとする。従って、本明細書中において、光学素子の光情報記録媒体側(像側)の開口数NAとは、光学素子の最も光情報記録媒体側に位置する面の開口数NAを指すものである。また、本明細書中では必要開口数NAは、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいはそれぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録または再生をするために必要なスポット径を得ることができる回折限界性能の対物レンズの開口数を示すものとする。
【0012】
前記対物レンズの前記内側領域と、前記中間領域と、前記外側領域の区別に関しては、前記中間領域と前記外側領域に回折構造、NPS(Non Periodic Surface)構造等を設けて、前記中間領域を通過した波長λ3の光束についてはフレア化し、前記外側領域を通過した波長λ2の光束及び波長λ3の光束についてはフレア化することの他、前記対物レンズ又はその他の光学素子に波長選択性のあるダイクロイックコート等を被覆することで、前記中間領域及び外側領域における波長λ3の光束の透過を阻止し、前記外側領域における波長λ2の光束の透過を阻止することなどで規定されてよい。ここで「フレア化する」とは、前記第1、第2又は第3光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生時に、それぞれの波面収差が0.07λ1rms、0.07λ2rms又は0.07λ3rms以上になることをいう。又、回折構造を用いる場合、前記第1、第2及び第3光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生時に、少なくとも1つの光情報記録媒体に対して異なる次数の回折光を用いることも含む。
【0013】
本明細書中において、第1光情報記録媒体とは、例えば、高密度DVD系の光ディスクをいい、第2光情報記録媒体とは、再生専用に用いるDVD−ROM,DVD−Videoの他、再生/記録を兼ねるDVD−RAM,DVD−R,DVD−RW等の各種DVD系の光ディスクを含むものである。又、第3光情報記録媒体とは、CD−R,CD−RW等のCD系の光ディスクをいう。尚、第1光情報記録媒体の保護層の厚さt1と、第2光情報記録媒体の保護層の厚さt2とは、t1=t2であってもよく、t1<t2であってもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。図1は、高密度DVD(第1の光ディスクともいう)、従来のDVD(第2の光ディスクともいう)及びCD(第3の光ディスクともいう)の全てに対して情報の記録/再生を行える、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略断面図である。
【0015】
図1において、第1光源としての第1半導体レーザ101(波長λ1=380nm〜450nm)から出射された光束は、コリメータ(第1カップリング素子)102で発散角を変更されて平行光束とされた後、第1ビームスプリッタ103を通過し、光学素子104,105とを有するビームエキスパンダーに入射する。少なくとも一方(好ましくは光学素子104)が光軸方向に可動のビームエキスパンダー(104,105)は、平行光束の光束径を変更(ここでは拡大)する機能を有する。尚、ここにビームエキスパンダーを設けたのは、球面収差補正機能を持たせるほか、例えば高密度DVDが情報記録面を2層に有しているタイプの場合、光学素子104を光軸方向に移動させることで、情報記録面の選択を行えるようにするためでもある。尚、第1ビームスプリッタ103は、コリメータ102及び後述するコリメータ202から出射した光束の光軸を一致させて出射する機能を有する。
【0016】
ビームエキスパンダー(104,105)を透過した光束は、ビームシェイパーであるビーム整形素子(106A、106B)でビーム形状を補正され、偏光ビームスプリッタ107を通過して、回折素子108に入射する。回折素子108は、波長λ1の光束については発散角又は収束角を変更しないので、入射した平行光束は、回折素子108よりそのまま出射され、更に第2ビームスプリッタ109を透過し、1/4波長板110を通過し、平行光束の状態で2つの光学素子111,112からなる対物レンズにおける内側領域と中間領域と外側領域の全てを通過して、第1の光ディスク115の保護層(厚さt1=0.1mm)を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。尚、第2ビームスプリッタ109は、第1ビームスプリッタ103から出射した第1半導体レーザ202及び第2半導体レーザ201からの光束に、後述する第3半導体レーザ301から出射された光束の光軸を一致させて出射する機能を有する。
【0017】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ(112,111)、1/4波長板110、第2ビームスプリッタ109,回折素子108を透過して、偏光ビームスプリッタ107で反射され、センサレンズ116を透過し、シリンドリカルレンズ117で非点収差が与えられ、光検出器118の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第1の光ディスク115に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0018】
また、光検出器118上でのスポットの形状変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ120が第1半導体レーザ101からの光束を第1の光ディスク115の情報記録面上に結像するように対物レンズ(111,112)を一体で移動させるようになっている。
【0019】
一方、図1において、第2光源としての第2半導体レーザ201(波長λ2=600nm〜700nm)から出射された光束は、コリメータ(第2カップリング素子)202で発散角を変更されて平行光束とされた後、第1半導体レーザ101の光束と軸線が一致するようにして第1ビームスプリッタ103で反射され、ビームエキスパンダー(104,105)を透過し、ビームシェイパーであるビーム整形素子(106A、106B)でビーム形状を補正され、偏光ビームスプリッタ107を通過して、回折素子108に入射する。回折素子108は、波長λ2の光束については発散角を増大するように機能するので、入射した平行光束は、回折素子108より若干の発散角を有する発散光束として出射され、更に第2ビームスプリッタ109を透過し、1/4波長板110を通過し、発散光束の状態で2つの光学素子111,112からなる対物レンズにおける内側領域と中間領域を通過して、第2の光ディスク115’の保護層(厚さt1=0.6mm)を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。尚、本来的に発散光束である第2半導体レーザ201の光束をコリメータ202で平行光束とするのは、ビームシェイパー(106A、106B)によるビーム形状補正を確実に行わせるためである。
【0020】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ(112,111)、1/4波長板110、第2ビームスプリッタ109,回折素子108を透過して、偏光ビームスプリッタ107で反射され、センサレンズ116を透過し、シリンドリカルレンズ117で非点収差が与えられ、光検出器118の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第1の光ディスク115に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【0021】
また、光検出器118上でのスポットの形状変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ120が第2半導体レーザ201からの光束を第2の光ディスク115’の情報記録面上に結像するように対物レンズ(111,112)を一体で移動させるようになっている。
【0022】
更に、図1において、第3光源として、ホログラム素子及び受光素子を一体パッケージとした第3半導体レーザ301(波長λ3=770nm〜830nm)から出射された光束は、第2ビームスプリッタ109で反射され、1/4波長板110を通過し、発散光束の状態で2つの光学素子111,112からなる対物レンズにおける内側領域のみを通過して、第3の光ディスク115”の保護層(厚さt3=1.2mm)を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。
【0023】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ(112,111)、1/4波長板110を通過し、第2ビームスプリッタ109で反射されて、元の第3半導体レーザ301へと戻る。この第3半導体レーザ301は、ホログラム素子及び受光素子(不図示)が一体パッケージとして組み込まれており、戻ってきた光束はホログラムで回折され、受光素子へ入射し、その出力信号を用いて第3の光ディスク115”の情報の読み取り信号が得られる。
【0024】
また、受光素子上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて2次元アクチュエータ120が第3半導体レーザ301からの光束を第3の光ディスク115”の情報記録面上に結像するように対物レンズ(113,114)を一体で移動させるようになっている。
【0025】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、第1半導体レーザ101と第2半導体レーザ201とを入れ替えてもよい。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば高密度DVDと従来のDVD、CDの全てに対して適切に情報の記録及び/再生を行える光ピックアップ装置及び対物レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略断面図である。
【符号の説明】
101 第1半導体レーザ
102 第1コリメータ
103 第1ビームスプリッタ
104,105 ビームエキスパンダー
106,107 ビームシェイパー
108 回折素子
109 第2ビームスプリッタ
111,112 対物レンズ
115,115’、115” 光ディスク
201 第2半導体レーザ
202 第2コリメータ
301 第3半導体レーザ
Claims (7)
- 波長λ1の第1光源と、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源と、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源と、対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第1光源からの光束を、厚さt1の保護層を介して第1光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっており、又、前記第2光源からの光束を、厚さt2の保護層を介して第2光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第3光源からの光束を、厚さt3(t1<t3且つt2<t3)の保護層を介して第3光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、
前記対物レンズは、前記第1光情報記録媒体、前記第2光情報記録媒体及び前記第3光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源、前記第2光源、及び前記第3光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした内側領域と、前記第1光情報記録媒体及び前記第2光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源及び前記第2光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした中間領域と、前記第1光情報記録媒体に対して記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源から照射された光束が通過して該情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした外側領域とを有し、
更に、前記第1光源から出射された光束の光軸と、前記第2光源から出射された光束の光軸とを一致させて出射する第1ビームスプリッタと、
前記第1ビームスプリッタから出射された光束に、前記第3光源から出射された光束の光軸を一致させて出射する第2ビームスプリッタと、
前記第1ビームスプリッタと前記第2ビームスプリッタとの間に配置され、光源波長差に基づく回折効果により、前記第1光源から出射された光束が入射したときは、その発散角又は収束角を変えずに出射し、前記第2光源から出射された光束が入射したときは、その発散角を増大して出射する回折素子と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記第1ビームスプリッタと前記第2ビームスプリッタとの間に、入射された光束の径を拡大して出射するビームエキスパンダーを有することを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。
- 前記第1ビームスプリッタと前記第2ビームスプリッタとの間に、ビーム整形素子を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光ピックアップ装置。
- 前記第1光源に対向して配置され、前記第1光源から出射された光束の発散角を変える第1カップリング素子を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 前記第2光源に対向して配置され、前記第2光源から出射された光束の発散角を変える第2カップリング素子を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
- 波長λ1の第1光源と、波長λ2(λ1<λ2)の第2光源と、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源と、対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第1光源からの光束を、厚さt1の保護層を介して第1光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっており、又、前記第2光源からの光束を、厚さt2の保護層を介して第2光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第3光源からの光束を、厚さt3(t1<t3且つt2<t3)の保護層を介して第3光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、
前記対物レンズは、前記第1光情報記録媒体、前記第2光情報記録媒体及び前記第3光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源、前記第2光源、及び前記第3光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした内側領域と、前記第1光情報記録媒体及び前記第2光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源及び前記第2光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした中間領域と、前記第1光情報記録媒体に対して記録及び/又は再生を行う際に、前記第1光源から照射された光束が通過して該情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした外側領域とを有し、
更に、前記第1光源から出射された光束と前記第2光源から出射された光束とが共通して通過する光路内に配置され、光源波長差に基づく回折効果により、前記第1光源から出射された光束が入射したときは、その発散角又は収束角を変えずに出射し、前記第2光源から出射された光束が入射したときは、その発散角を増大して出射する回折素子と、
前記回折素子を通過した光束に、前記第3光源から出射された光束の光軸を一致させて出射するビームスプリッタと、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする対物レンズ。
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