JP4329611B2

JP4329611B2 - 光ピックアップ及び光学記録媒体記録再生装置

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Publication number: JP4329611B2
Application number: JP2004134328A
Authority: JP
Inventors: 弘章湯川
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Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2009-09-09
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Description

本発明は、光学記録媒体を記録再生するための光学系であって、異なる記録再生波長を用いて複数の記録媒体に対して書込及び読込が行える光ピックアップ及び光学記録媒体記録再生装置に関する。

近年、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（Mini Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体は、更なる大容量化が要求されており、大容量化のために様々な技術が開発されている。また、１つのメディアに多様なデータ、例えば、音楽コンテンツデータ、映像コンテンツデータ、コンピュータ用途のデータ等が自在に記録再生できることが求められている。なかでも４０５ｎｍの波長帯のレーザを使用する新規ディスクフォーマット（以下、ブルーレイディスク；ＢＤと記す。）が次世代の記録技術として大いに注目されている。

汎用的に使用されるメディアを開発するに際しては、新旧メディアの記録再生装置間の互換性及び整合性も重要であり、新規開発の記録再生装置は、ＤＶＤ、ＣＤ等の旧来の資産を利用可能であることが好ましい。ところが、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるメディア間の互換性をもたせた装置を設計することは容易ではない。

最も単純な方法は、異なる光学系を設け、専用対物レンズを使用波長毎に切り換える方式であるが、複数種類の対物レンズの切換機構が必要でコストアップに繋がる。また、アクチュエータが大型化するため、装置の小型化には不利であった。そのため、対物レンズ等の一部の光学系を共有した複数波長互換光学系とする方法がとられるが、球面収差が記録面を保護する保護基板厚に比例して発生するため、従来の単レンズで波長の異なる光ビームを層厚の異なる保護基板を介して記録面にほぼ無収差で集光することは困難である。

そこで例えば、従来の２つの異なる保護基板厚を有する記録媒体の記録再生に対応した２波長互換タイプでは、球面収差を補正する方式として、回折素子等の光学素子を用いることによって特定波長を回折又は無回折で対物レンズに入射させる回折方式、光路を有限化することで倍率を変換する倍率変換方式等があげられる。

２波長互換タイプでは、あるレンズ曲面と回折素子（自由度２）の組合せによって、２つの異なるディスク保護基板厚と記録再生波長の組合せ（自由度２）の最適値を満たすような回折素子を設計することが可能で、これにより上述の命題を解決することができる。

ところが、ＤＶＤとＣＤと、例えば上述した新規フォーマットのＢＤとの間の３波長互換を実現しようとすると、最適化が必要な保護基板厚及び波長の組合せが３つずつになるため、単一の回折素子を用いる手法では自由度が不足し回折効率及び回折角を同時に最適にすることは難しい。前者の回折方式の場合、回折格子を複数個配置することにより３波長間の球面収差補正が可能となるが、回折格子形状及び格子特性によって回折効率が大幅に低下する。また、後者の倍率変換方式の場合、それぞれの波長のレーザ光を異なる倍率位置に置く必要があるためレーザを同一筐体内に配置することが困難で小型化に不利なうえトラッキング方向への対物レンズ移動時の特性悪化が顕著になる。

ＢＤは、単体での使用を考慮した専用の対物レンズを使用する場合、光利用効率９５％以上の高効率を達成するレンズを設計することは比較的容易である。しかし、従来資産であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ（Compact Disc）との互換性を達成しようとすると課題は多い。ここでは一例として、既にある程度の互換性が達成されているＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系をＣＤ用の光ビームに対して拡張する場合について説明する。

例えば、ＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系としては、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、対物レンズに入射されるＢＤ用の光ビームを無限系としＣＤ及びＤＶＤ記録再生用の光ビームを有限系とする方式がある。無限系とは光ビームを対物レンズに対して無限遠から照射させる場合、すなわち光ビームを対物レンズに平行光で入射させることを示し、有限系とは対物レンズに発散光を入射させることを示す。無限系及び有限系による互換方式は、回折作用を使用しないため、光利用効率が良好であること、また対物レンズに入射する光ビームの発散度に応じて焦点距離を変更できるために適切な作動距離を確保できるという利点がある。しかし、光ビームが対物レンズに発散光（有限光）として入射されるということは、光軸に対する対物レンズ横ぶれに対して余裕がないためトラッキング耐性が著しく低下するという欠点があった。

また、ＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系として、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、ＢＤ、ＤＶＤともに１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系では、ＢＤ用の光ビーム（４０５ｎｍ）において９０％程度の１次回折光が得られるが、ＤＶＤ用の光ビーム（６５５ｎｍ）において７０％程度の１次回折光しか得られず、収差特性上、有利であるものの、ＤＶＤ用光ビームの回折効率が低く光利用効率が悪化するうえ、更にＣＤ用の光ビーム（７８５ｎｍ）との互換をとることは困難であった。

また、ＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系として、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、ＢＤにて２次回折光を生じＤＶＤでは１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系では、ＢＤ用の光ビームの２次回折光及びＤＶＤ用の光ビームの１次回折光において９０％程度の回折効率が得られ、良好な光利用効率を示すが、球面収差の波長依存性が非常に大きく、ＣＤ用の光ビーム（７８５ｎｍ）との互換をとることは、やはり困難であった。

上述したＢＤ、ＤＶＤの２波長互換光学系の特徴を図８に模式的に示した。図８における縦軸は各光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚を示し、横軸は使用波長帯を示している。発生する球面収差量は保護基板厚に比例的であり、回折角度は波長に比例的であるため、球面収差量とこの波長で生じる回折角度との関係も表している。

図８によれば、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、ＢＤ、ＤＶＤともに１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系でＣＤの１次回折光を対物レンズに入射させた場合（ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ＝１次／１次／１次）、ＢＤ及びＤＶＤ互換の光学系ではＣＤ用の光ビームに対して補償できない球面収差ＳＡ_１１１（ここでは、これを残存球面収差と呼ぶ）が発生する。

本発明は、上述した従来の実情に鑑みてなされたものであり、複数の光源から発生される異なる波長の記録再生光の回折効率の低下を防止し、回折効率及び回折角を複数の波長に対して同時に最適化できる光ピックアップ及びこのピックアップを用いた光学記録媒体記録再生装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップは、対物レンズと１組の回折手段とからなり第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備える。一方の回折手段は、断面形状が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子であって、第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有する。また、他方の回折手段は、断面形状が階段状になったステップ型回折素子であって、第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有する。この光ピックアップでは、結像ユニットに対して平行光が入射される。

上述した目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップは、対物レンズと１組のブレーズ型回折素子とからなり第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備える。一方のブレーズ型回折素子は、第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有する。また、他方のブレーズ型回折素子は、第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有する。この光ピックアップでは、結像ユニットに対して平行光が入射される。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る光学記録媒体記録再生装置における光ピックアップは、対物レンズと１組の回折手段とからなり第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備えている。ここで一方の回折手段は、断面形状が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子であって、第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有する。また、他方の回折手段は、断面形状が階段状になったステップ型回折素子であって、第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有する。この光ピックアップでは、結像ユニットに対して平行光が入射される。

更にまた、上述した目的を達成するために、本発明に係る光学記録媒体記録再生装置における光ピックアップは、対物レンズと１組のブレーズ型回折素子とからなり第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備えている。ここで一方のブレーズ型回折素子は、第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有する。また、他方のブレーズ型回折素子は、第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有する。この光ピックアップでは、結像ユニットに対して平行光が入射される。

本発明によれば、複数の光源から発生される異なる波長の記録再生光の回折効率の低下を防止し、回折効率及び回折角を複数の波長に対して同時に最適化することができる。

以下、本発明に係る光ピックアップの具体例について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の第１の具体例として示す光ピックアップの光学系について、図１及び図２を用いて説明する。図２には、光ディスク記録面、対物レンズ、回折部が拡大して示されている。

本具体例では、一例として、第１の光ディスク３１が波長４０５ｎｍの光ビーム４１を記録再生光として使用するブルーレイディスク（以下、ＢＤと記す。）、第２の光ディスク３２が波長６５５ｎｍの光ビーム４２を記録再生光として使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、第３の光ディスク３３が波長７８５ｎｍの光ビーム４３を記録再生光として使用するＣＤ（Compact Disc）の場合の３波長互換光学系について説明する。

また、第１の具体例は、結像ユニットを構成する１組の回折素子の一方を断面が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子とし、他方を断面が階段形状になったステップ型回折素子とする場合である。

光ピックアップ１は、光源と記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より射出された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ１４と、この対物レンズ１４の直前に配置される１組の回折素子１５及び回折素子１６とを備えている。光ピックアップ１では、対物レンズ１４と１組の回折素子１５及び回折素子１６は、結像ユニット１７として互いに固定されており１つのアクチュエータにより駆動される。

本具体例では、上述した基本光学系として、波長４０５ｎｍを有するＢＤ用の光ビーム４１を発生する第１の光源と、第１の光ディスク３１における反射光を検出する光検出器と、ＢＤの規格に基づいてフォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子を含む第１の基本光学系１１を備える。また、波長６５５ｎｍを有するＤＶＤ用の光ビーム４２を発生する第２の光源及び第２の光ディスク３２における反射光を検出する光検出器と、波長７８５ｎｍを有するＣＤ用の光ビーム４３を発生する第３の光源及び第３の光ディスク３３における反射光を検出する光検出器と、ＤＶＤ又はＣＤの規格に基づいてフォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子とを含み、ＤＶＤとＣＤとの互換がとられた第２の基本光学系１２を備えている。

図示しない第１の基本光学系１１に含まれる第１の光源は、第１の波長としてＢＤ記録再生用の波長４０５ｎｍの光ビーム４１を射出する。また、図示しない第２の基本光学系１２に含まれる第２の光源は、第２の波長としてＤＶＤ記録再生用の波長６５５ｎｍの光ビーム４２を射出する。また、第３の光源もまた第２の基本光学系１２に含まれており、第３の波長としてＣＤ記録再生用の波長７８５ｎｍの光ビーム４３を射出する。

対物レンズ１４は、いわゆる２ゾーン方式のレンズであって、第１の保護基板厚３１ａを有する第１の光ディスク３１としてのＢＤに対して第１の波長を有する光ビーム４１を集光することができる。また、第２の保護基板厚３２ａを有する第２のディスク３２としてのＤＶＤに対して第２の波長を有する光ビーム４２を、第３の保護基板厚を３３ａ有する第３の光ディスクとしてのＣＤに対して第３の波長を有する光ビーム４３をそれぞれ集光することができる。

この対物レンズ１４の開口数は、第１の波長に対して０．８５であり、第２の波長に対しては０．６０であり、第３の波長に対しては０．４５である。ただし、ＢＤである第１の光ディスクの第１の保護基板厚は０．１ｍｍであり、ＤＶＤである第２の光ディスクの第２の保護基板厚は０．６ｍｍであり、ＣＤである第３の光ディスクの第３の保護基板厚は１．２ｍｍである。

第１の回折素子１５は、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であって、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約１０μｍ、溝深さが約０．９５μｍである。この第１の回折素子１５の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム４１、第２の波長を有する光ビーム４２及び第３の波長を有する光ビーム４３を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が０次、２次等の他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。

第２の回折素子１６は、透過する光軸に対する断面が階段状になったステップ型回折素子であって、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約９０μｍ、溝深さが約６．０８μｍである。この第２の回折素子１６の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム４１、第２の波長を有する光ビーム４２及び第３の波長を有する光ビーム４３のうち最短波長（４０５ｎｍ）であるＢＤ用の光ビーム４１及び最長波長（７８５ｎｍ）であるＣＤ用の光ビーム４３を透過したときの０次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になり、且つＤＶＤ用の光ビーム４２では１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。

図２では各光ビームが直線で描かれているが、第１の回折素子１５によって生じるＢＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線Ｐ_ＢＤ、ＤＶＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線Ｐ_ＤＶＤ、ＣＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線Ｐ_ＣＤにて表してある。また、第２の回折素子１６によって生じるＤＶＤの１次回折光の波面を点線Ｐ′_ＤＶＤ、ＢＤ用の光ビーム４１及びＣＤ用の光ビーム４３を透過したときの０次回折光の波面を点線Ｐ′_ＢＤ、Ｐ′_ＣＤにて表している。

この具体例では、第１の回折素子１５及び第２の回折素子１６が上述した条件のとき、第１の回折素子１５に対する波長４０５ｎｍの光ビーム４１の１次回折光の回折効率が８４％であり、波長６５５ｎｍの光ビーム４２の１次回折光の回折効率が８１％であり、波長７８５ｎｍの光ビーム４３の１次回折光の回折効率が６０％であった。また、第２の回折素子１６に対する波長４０５ｎｍの光ビーム４１の０次回折光の回折効率が７７％であり、波長６５５ｎｍの光ビーム４２の１次回折光の回折効率が７８％であり、波長７８５ｎｍの光ビーム４３の０次回折光の回折効率が８５％であった。

なお、対物レンズ１４、第１の回折素子１５及び第２の回折素子１６からなる結像ユニット１７に対して平行光が入射される光学系になっている。

ＤＶＤ及びＣＤ用の第２の基本光学系１２から出射された光ビーム４２、４３は、波長選択合成プリズム１８によりＢＤ用の第１の基本光学系１１から出射された光ビーム４１の光軸と一致するようになっている。光軸が一致した各光ビームは、コリメートレンズ１３によって平行光とされた後、結像ユニット１７の第２の回折素子１６に入射する。第２の回折素子１６及び第１の回折素子１５によって、波長４０５ｎｍの光ビーム４１、波長６５５ｎｍの光ビーム４２、波長７８５ｎｍの光ビーム４３は、球面収差が補正され、回折効率が低下されることなく最適化される。

この光ピックアップ１の光学系の特徴を図３に模式的に示す。図３における縦軸は各光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚を示し、横軸は使用波長帯を示している。発生する球面収差量は保護基板厚に比例的であり、回折角度は波長に比例的であるため、球面収差量とこの波長で生じる回折角度との関係も表している。図３に示すように、光ピックアップ１は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤともに１次回折光を生じるように最適化された第１の回折素子１５を用いる系でＤＶＤの１次回折光を対物レンズに入射させた場合に現れる残存球面収差ＳＡ_０１０を第２の回折素子１６にて補償するものである。

結像ユニット１７を構成する第１の回折素子１５及び第２の回折素子１６を以上の条件にすることにより、各光ビームに対して高い回折効率を保持しつつ３波長に対する球面収差の補正を達成した光学特性を得ることができる。

続いて、本発明の第２の具体例として示す光ピックアップの光学系について、図４及び図５を用いて説明する。図５には、光ディスク記録面、対物レンズ、回折部が拡大して示されている。第２の具体例は、結像ユニットを構成する１組の回折素子がともにブレーズ型回折素子の場合である。図４及び図５において、図１及び図２と同様の作用を有する構成は、同一の番号を付して詳細な説明は省略している。

光ピックアップ２は、光源と記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より射出された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ２１と、この対物レンズ２１の直前に配置される１組の回折素子２２及び回折素子２３とを備えている。光ピックアップ２では、対物レンズ２１と１組の回折素子２２及び回折素子２３は、結像ユニット２４として互いに固定されており１つのアクチュエータにより駆動される。

第２の本具体例も前例と同様、第１の光ディスク３１が波長４０５ｎｍの光ビーム４１を記録再生光として使用するブルーレイディスク（以下、ＢＤと記す。）、第２の光ディスク３２が波長６５５ｎｍの光ビーム４２を記録再生光として使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、第３の光ディスク３３が波長７８５ｎｍの光ビーム４３を記録再生光として使用するＣＤ（Compact Disc）の場合である。

対物レンズ２１は、第１の保護基板厚３１ａを有する第１の光ディスク３１としてのＢＤに対して第１の波長を有する光ビーム４１を、第２の保護基板厚３２ａを有する第２のディスク３２としてのＤＶＤに対して第２の波長を有する光ビーム４２を、第３の保護基板厚を３３ａ有する第３の光ディスク３３としてのＣＤに対して第３の波長を有する光ビーム４３を集光することができる。

第１の回折素子２２は、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であり、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約８μｍ、溝深さが約０．９５μｍである。この第１の回折素子２２の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム４１、第２の波長を有する光ビーム４２及び第３の波長を有する光ビーム４３を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が０次、２次等の他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。

第２の回折素子２３もまた、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であり、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約２３μｍ、溝深さが約０．５５μｍである。この第２の回折素子２３の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム４１、第２の波長を有する光ビーム４２及び第３の波長を有する光ビーム４３のうち最短波長（４０５ｎｍ）であるＢＤ用の光ビーム４１を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームに対しては、０次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。

図５では各光ビームが直線で描かれているが、第１の回折素子２２によって生じるＢＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線Ｐ_ＢＤ、ＤＶＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線Ｐ_ＤＶＤ、ＣＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線Ｐ_ＣＤで表してある。また、第２の回折素子２３によって生じるＤＶＤの１次回折光の波面を上向きの曲線点線Ｐ′_ＤＶＤ、ＢＤ用の光ビーム４１及びＣＤ用の光ビーム４３を透過したときの０次回折光の波面を点線Ｐ′_ＢＤ、Ｐ′_ＣＤにて表している。

この第２の具体例では、第１の回折素子２２及び第２の回折素子２３が上述した条件のとき、第１の回折素子２２に対する波長４０５ｎｍの光ビーム４１の１次回折光の回折効率が８４％であり、波長６５５ｎｍの光ビーム４２の１次回折光の回折効率が８１％であり、波長７８５ｎｍの光ビーム４３の１次回折光の回折効率が６０％であった。また、第２の回折素子２３に対する波長４０５ｎｍの光ビーム４１の１次回折光の回折効率が７５％であり、波長６５５ｎｍの光ビーム４２の０次回折光の回折効率が５２％であり、波長７８５ｎｍの光ビーム４３の０次回折光の回折効率が６４％であった。

なお、第１の具体例と同様、対物レンズ１４、第１の回折素子１５及び第２の回折素子１６からなる結像ユニット１７に対して平行光が入射される光学系になっている。

ＤＶＤ及びＣＤ用の第２の基本光学系１２から出射された光ビーム４２、４３は、波長選択合成プリズム１８によりＢＤ用の第１の基本光学系１１から出射された光ビーム４１の光軸と一致するようになっている。光軸が一致した各光ビームは、コリメートレンズ１３によって平行光とされた後、結像ユニット２４の第２の回折素子２３に入射する。第２の回折素子２３及び第１の回折素子２２によって、波長４０５ｎｍの光ビーム４１、波長６５５ｎｍの光ビーム４２、波長７８５ｎｍの光ビーム４３は、球面収差が補正され、回折効率が低下されることなく最適化される。

この光ピックアップ２の光学系の特徴を図６に模式的に示す。図６における縦軸は各光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚を示し、横軸は使用波長帯を示している。発生する球面収差量は保護基板厚に比例的であり、回折角度は波長に比例的であるため、球面収差量とこの波長で生じる回折角度との関係も表している。図６に示すように、光ピックアップ２は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤともに１次回折光を生じるように最適化された第１の回折素子２２を用いる系でＢＤの１次回折光を対物レンズに入射させた場合に現れる残存球面収差ＳＡ_１００を第２の回折素子２３にて補償するものである。

結像ユニット２４を構成する第１の回折素子２２及び第２の回折素子２３を以上の条件にすることにより、各光ビームに対して高い回折効率を保持しつつ３波長に対する球面収差の補正を達成した光学特性を得ることができる。

続いて、本発明の具体例として示す光ピックアップを適用した光ディスク記録再生装置１０１を図７に示す。

光ディスク記録再生装置１０１は、光記録媒体である光ディスク１０２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ１０３と、本発明に係る光ピックアップ１０４と、その駆動手段としての送りモータ１０５とを備えている。この光ディスク記録再生装置１０１は、フォーマットの異なる３タイプの光ディスク１０２に対して記録再生できる３規格間互換性を実現した記録再生装置である。

本具体例で使用可能な光ディスクとしては、波長４０５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＢＤ、波長６５５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ、波長７８５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＣＤがあげられる。上段にて説明した光ディスク３１、光ディスク３２、光ディスク３３は、図７の光ディスク１０２に対応している。

ここで、スピンドルモータ１０３及び送りモータ１０５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ１０７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部１０９によりディスク種類に応じて駆動制御されており、例えば、光ディスク３１、光ディスク３２、光ディスク３３に応じて所定の回転数で駆動される。

光ピックアップ１０４は、図１及び図２、図４及び図５を用いて説明した３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ１０４は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号をプリアンプ部１２０に供給する。

プリアンプ部１２０の出力は、信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調＆ＥＣＣブロックと記す。）１０８に送られる。この信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８は、信号の変調、復調及びＥＣＣ（エラー訂正符号）の付加を行う。光ピックアップ１０４は、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８の指令にしたがって回転する光ディスク１０２の記録層に対して光ビームを照射し、光ディスク１０２に対して信号の記録又は再生を行う。

プリアンプ部１２０は、フォーマット毎に異なって検出される光ビームに対応する信号に基づいて、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するように構成されている。記録又は再生の対象媒体とされる光記録媒体の種類に応じて、サーボ制御回路１０９、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８等により、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの規格に基づく復調及び誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。

ここで例えば、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェイス１１１を介して外部コンピュータ１３０に送出される。これにより、外部コンピュータ１３０等は、光ディスク１０２に記録された信号を再生信号として受け取ることができる。

また、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ及びＡ／Ｄ変換器１１２のＤ／Ａ変換部でデジタルアナログ変換され、オーディオビジュアル処理部１１３に供給される。そしてオーディオビジュアル処理部１１３でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオビジュアル信号入出力部１１４を介して、図示しない外部の撮像映写機器等に伝送される。

光ピックアップ１０４において、例えば、光ディスク１０２上の所定の記録トラックまで移動させるための送りモータ１０５の制御、スピンドルモータ１０３の制御、及び光ピックアップ１０４において光集光手段となる対物レンズを保持する２軸アクチュエータのフォーカシング方向の駆動とトラッキング方向の駆動制御は、それぞれサーボ制御回路１０９により行われる。

サーボ制御回路１０９は、光ピックアップ１０４内に配設された光結合効率可変素子を動作させ、光ピックアップ１０４における光結合効率、すなわち半導体レーザ素子等のレーザ光源から出射される光束の総光量と光ディスク１０２上に集光する光量との比率が、記録モード時、再生モード時、或いは光ディスク１０２の種類に応じて変更されるように制御している。

レーザ制御部１２１は、光ピックアップ１０４のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部１２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク１０２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部１２１は、ディスク種類判別部１１５によって検出された光ディスク１０２の種類に応じて光ピックアップ１０４のレーザ光源を切り換えている。

ディスク種類判別部１１５は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から光ディスク１０２の異なるフォーマットを検出することができる。光ディスク記録再生装置１０１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部１１５における検出結果に応じて、装着される光ディスクの仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。

システムコントローラ１０７は、ディスク種類判別部１１５から送られる検出結果に基づいて光ディスク１０２の種類を判別する。光記録媒体の種類を判別する手法としては、光記録媒体がカートリッジに収納されるタイプであれば、このカートリッジに検出穴を設けて接触検出センサ又は押下スイッチを用いて検出する手法があげられる。

光結合効率制御手段として機能するサーボ制御回路１０９は、システムコントローラ１０７に制御され、ディスク種類判別部１１５の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。サーボ制御回路１０９は、例えば光ピックアップ１０４と光ディスク１０２との相対位置を検出する（ディスク１０２に記録されたアドレス信号をもとに位置検出する場合を含む）ことによって、記録及び／又は再生する記録領域を判別できる。そして、サーボ制御回路１０９は、記録及び／再生する記録領域の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。

以上説明した光ディスク記録再生装置１０１によれば、図１及び図２、図４及び図５に示す光ピックアップを用いることにより、波長４０５ｎｍ、６５５ｎｍ、７８５ｎｍの各光ビームを使用する系においても回折効率を低下することなく、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３規格に対して同一の光学系を用いる際に生じる球面収差を最適化することができる。

本発明は、異なる保護基板厚を有する光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長の光ビームによって行う光ピックアップであれば、具体例にて説明した以外のディスクフォーマットに対しても適用可能である。例えば、光ディスクは、光変調記録を用いた種々の方式の記録再生ディスク、いわゆる「光磁気記録」、「相変化記録」及び「色素記録」等を含む光ディスク、具体的には「ＣＤ−Ｒ／ＲＷ」、「ＤＶＤ−ＲＡＭ」、「ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ」、「ＤＶＤ＋ＲＷ」等、又は、各種光磁気記録媒体であってもよい。光ディスクは、記録層上における最適な記録及び／又は再生光パワーが異なる少なくとも２以上の記録領域に記録層が分割された光ディスク、複数の記録層が透明基板を介して積層された光ディスクであっても使用できる。

本発明の具体例として示す光ピックアップの光学系を説明する構成図である。上記光ピックアップの光学系の記録面付近を説明する拡大図である。光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚及び使用波長帯と発生する球面収差量とを説明する図である。本発明の具体例として示す光ピックアップの光学系を説明する構成図である。上記光ピックアップの光学系の記録面付近を説明する拡大図である。光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚及び使用波長帯と発生する球面収差量とを説明する図である。本発明の具体例として示す光ピックアップを適用した光ディスク記録再生装置を説明する構成図である。光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚及び使用波長帯と発生する球面収差量とを説明する図である。

符号の説明

１，２光ピックアップ、１１第１の基本光学系、１２第２の基本光学系、１３コリメートレンズ、１４対物レンズ、１５第１の回折素子、１６第２の回折素子、１７結像ユニット、１８波長選択合成プリズム、２２第１の回折素子、２３第２の回折素子、２４結像ユニット、３１第１の光ディスク、３２第２の光ディスク、３３第３の光ディスク、４１光ビーム（４０５ｎｍ）、４２光ビーム（６５５ｎｍ）、４３光ビーム（７８５ｎｍ）、

Claims

第１の波長を有する光ビームを射出する第１の光源と、第２の波長を有する光ビームを射出する第２の光源と、第３の波長を有する光ビームを射出する第３の光源と、該第１、第２及び第３の光源からの光ビームが光学記録媒体上で反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長及び開口数の光ビームによって行う光ピックアップにおいて、
対物レンズと１組の回折手段とからなり上記第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、
一方の回折手段は、断面形状が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子であって、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、
他方の回折手段は、断面形状が階段状になったステップ型回折素子であって、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、
上記結像ユニットに対して平行光が入射されることを特徴とする光ピックアップ。
第１の波長を有する光ビームを射出する第１の光源と、第２の波長を有する光ビームを射出する第２の光源と、第３の波長を有する光ビームを射出する第３の光源と、該第１、第２及び第３の光源からの光ビームが光学記録媒体上で反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長及び開口数の光ビームによって行う光ピックアップにおいて、
対物レンズと１組のブレーズ型回折素子とからなり上記第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、
一方のブレーズ型回折素子は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、
他方のブレーズ型回折素子は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、
上記結像ユニットに対して平行光が入射されることを特徴とする光ピックアップ。
互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体を回転駆動し、送り手段によって該光学記録媒体の半径方向に移動されて光学記録媒体の種類に応じて波長及び開口数が異なる光ビームによって記録再生を行う光ピックアップを有し、光学記録媒体の回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光学記録媒体記録再生装置において、
対物レンズと１組の回折手段とからなり上記第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、
一方の回折手段は、断面形状が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子であって、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、
他方の回折手段は、断面形状が階段状になったステップ型回折素子であって、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、
上記結像ユニットに対して平行光が入射される光ピックアップを備えることを特徴とする光学記録媒体記録再生装置。
互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体を回転駆動し、送り手段によって該光学記録媒体の半径方向に移動されて光学記録媒体の種類に応じて波長及び開口数が異なる光ビームによって記録再生を行う光ピックアップを有し、光学記録媒体の回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光学記録媒体記録再生装置において、
対物レンズと１組のブレーズ型回折素子とからなり上記第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、
一方のブレーズ型回折素子は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、
他方のブレーズ型回折素子は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、
上記結像ユニットに対して平行光が入射される光ピックアップを備えることを特徴とする光学記録媒体記録再生装置。