JP4389658B2

JP4389658B2 - 光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP4389658B2
Application number: JP2004142355A
Authority: JP
Inventors: 裕明下薗
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: JP2005327335A

Description

本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ等のように厚みや記録密度等の異なる複数の光記録媒体に対して情報の記録／再生を行うために、波長の異なる光束を出射する複数の光源と、複数の光束を合波して光記録媒体へ出射する平板型光学素子と光記録媒体で反射された各波長の戻り光を検出する共通の受光素子とを備えた光ピックアップ装置に関する。さらに詳しくは、異なる波長の光束の光路合成部分に、平板状光学素子を用いる光ピックアップ装置に関する。

ＣＤの記録再生には７８０ｎｍ帯の波長を持つレーザー光源が、ＤＶＤの記録再生には６５０ｎｍ帯の波長を持つレーザー光源がそれぞれ必要であり、ひとつの光ピックアップ装置で書込みおよび／または読取りを行おうとすると、それぞれの波長の光束の合波、分離のため光学系が大型化、複雑化する。そのため、小型化、単純化を実現する技術が望まれている。

このような問題に対して、特許文献１では、支持基板の表面に第一のレーザー光反射用の第一の反射面を形成し、この上に透明な平板部材を積層し、該平板部材の表面に第二のレーザー光反射用の第二の反射面を形成してなる平板型光学素子を用いることにより、波長の異なる２つの光束をそれぞれ反射させ、光軸を略一致させてコリメーターレンズに導くように構成した光ピックアップ装置の発明が開示されている。

特開２００１−２５６６６３号公報

特許文献１では、反射用光学素子で反射されて光記録媒体へ入射する光束については、波面が劣化することはほとんどないが、一方、光記録媒体の光記録媒体面で反射された戻り光は、光軸に対して斜めに配置された前記光学素子を透過するため、受光素子で検出する戻り光に非点収差成分などの波面形状の劣化を生じるという問題の発生が予想される。

本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、２つの光束を合波して光記録媒体に照射し、情報記録面で反射された戻り光を受光素子に導く光ピックアップ装置において、受光素子で検出される戻り光に波面形状の劣化を生じさせることのない平板型光学素子を用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明は、第一の波長の光束を出射する第一の光源と、前記第一の波長とは異なる第二の波長の光束を出射する第二の光源と、前記第一の光源からの光束および前記第二の光源からの光束を光記録媒体の情報記録面に照射し、前記情報記録面からの戻り光を受光素子に導く機能を有する平板型光学素子と、を備える光ピックアップ装置であって、前記平板型光学素子は、前記平板型光学素子に対して斜め方向から入射する、前記第一の光源および前記第二の光源からの発散光束を回折透過させ、光軸を一致させるとともに、前記発散光束が透過することによって発生する非点収差を補正する透過型ホログラムを備える光ピックアップ装置を提供する。

また、前記平板型光学素子は、前記透過型ホログラム上に、第一の直線偏光を透過し、前記第一の直線偏光と直交する第二の直線偏光を反射する機能を有する光学薄膜が積層され、前記光学薄膜と前記光記録媒体との間の光路中に波長板が備えられ、前記第一の光源および前記第二の光源からの発散光束が、前記透過型ホログラム、前記光学薄膜の順番で透過し、次いで前記波長板を透過して前記情報記録面で反射された戻り光は、前記波長板を透過して、前記平板型光学素子の透過型ホログラムを再度透過することなく前記光学薄膜により反射されて、受光素子に導かれる上記の光ピックアップ装置を提供する。

この場合、前記波長板が、前記第一の波長の光と前記第二の波長の光に対して略１／４波長板の機能を有することが好ましい。
また、前記平板型光学素子は、前記光学薄膜上に前記波長板が積層されてなる平板型光学素子である上記の光ピックアップ装置を提供する。
また、前記第一の波長は、ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯の波長であり、前記第二の波長はＣＤ用の７８０ｎｍ帯の波長である上記の光ピックアップ装置を提供する。

光ピックアップ装置の光学系が小型化、単純化される。また、光記録媒体に照射される光および受光素子で検出される戻り光に生じる波面形状の劣化が抑えられるので、光記録媒体に記録された信号の読み取り感度が向上する。また、光の利用効率に優れた光ピックアップ装置が得られる。

さらに光学系が小型一体化されるので、実装上有利であると共に、組み立て時の光軸調整が容易になり、生産性や信頼性が向上する。また駆動が容易になり、振動や衝撃に対する信頼性が高まる。

図１は本願発明の光ピックアップ装置の実施形態を説明する概略図である。
本願発明の光ピックアップ装置は、波長λ_１の光束を出射する第一の光源１ａ、波長λ_２の光束を出射する第二の光源１ｂ、光記録媒体６または７（６ａおよび７ａはそれぞれの光記録媒体の情報記録面）、受光素子８、および前記２つの光源からの光束を回折透過させ、光軸を一致させて光記録媒体の情報記録面に照射する機能と、情報記録面で反射された戻り光を反射して受光素子８へ導く機能とを備える平板型光学素子２（以下、本願発明の平板型光学素子という）とからなる。

第一の光源と第二の光源は、それぞれからの光束の偏光方向が同一方向になるように並べて配置される。第一の光源、第二の光源としては、直線偏光でそれぞれ波長６５５ｎｍ、波長７９０ｎｍの発散光束を出射する半導体レーザー光源が例示される。
なお、上記第一の光源と第二の光源は別体に限られず、例えば共通パッケージ内に２個の半導体レーザーチップが共通基板上にマウントされているいわゆるハイブリッド型の２波長レーザー光源でもよい。あるいは、異なる波長を発光する２個の発光点を持ったモノリシック型の二波長レーザー光源でもよい。このような例として、特開２００４−３９８９８号記載の光源が挙げられる。

本願発明の平板型素子において前記２つの光源からの光束を回折透過させ、光軸を一致させる機能を実現するために、透過型ホログラムを設けることが好ましい。
透過型ホログラムを用いると、単に前記２つの光源からの光束を回折透過させ、光軸を一致させるだけでなく、ホログラムの基板厚みによって生じる非点収差の補正機能をもつ素子としたり、受光素子にある収差量をもって光束を入射させたい場合に、その所望の量に収差量を制御する設計も可能である。また、非点収差法や３ビーム法により受光素子で読み取り信号以外にフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を得て、レンズを光軸方向に移動する機構（フォーカスサーボ）やレンズを光軸にほぼ垂直の方向に移動する機構（トラッキングサーボ）を実現することが可能である。

透過型ホログラムは、既知のフォトリソグラフィ技術により、石英ガラス等の光学基板にブレーズ型あるいは擬似ブレーズ型として形成される。ホログラムを形成する基板は石英ガラスに限定されず、光学ガラス、樹脂基板など他の基板を用いることも可能であるし、ブレーズ型あるいは擬似ブレーズ型についても、フォトリソグラフィ技術以外に、切削加工、スタンプ法など、他の方法も適用可能である。また、ブレーズ型あるいは擬似ブレーズ型は、基板を直接加工して形成してもよいが、基板上に透明材料を被覆し、それを加工して形成してもよい。

ホログラムの光学設計は、既知の位相関数法を用いて行うことができる。
すなわち、位相関数：
φ＝ａ_１０ｘ＋ａ_０１ｙ＋ａ_２０ｘ^２＋ａ_０２ｙ^２
（ａ_１０、ａ_０１、ａ_２０、ａ_０２は各項の係数）
の各係数を最適化することによって、例えばＣＤおよびＤＶＤの読み書きに用いられる２本の光束を１次回折させ、光軸方向を一致させて透過する機能と、これらの光束がホログラムが設けられた基板に対して斜に入射し、透過することによって発生する収差、特に非点収差を補正する機能とをあわせ持つホログラムを設計することができる。

本願発明の光ピックアップ装置は、前記透過型ホログラムと、入射光を偏光方向によって選択的に透過または反射する機能を有する光学薄膜とを備えた平板型光学素子とを備えていて、さらに波長板をも備えていることが好ましい。
前記光学薄膜は、前記透過型ホログラムに対して光源とは反対側の光記録媒体側に配設される。そのため、戻り光は前記ホログラムを再度透過することなく前記光学薄膜で反射されて受光素子へ導かれ、光記録媒体から受光素子に至る復路において波面形状の劣化を生じることがない。

また、前記波長板は前記第１の光源と第２の光源のそれぞれの波長に対して略１／４波長板の機能をもつものであって、前記平板型光学素子と光記録媒体との間の光路上に配設されて用いると、２つの光源からの出射光束を有効に利用できるので好ましい。
すなわち、２つの光源から出射され、透明ホログラムで合波された光束は前記光学薄膜を透過し、前記波長板を透過して略円偏光となって光記録媒体に照射される。そして情報記録面で反射された戻り光は逆周りの略円偏光となって、前記波長板を透過して光源からの光束とは直交方向の直線偏光となるので、前記光学薄膜で今度は透過されずに反射され、受光素子へ導かれる。このようにして光源からの出射光束を有効に利用することができるためである。

前記光学薄膜としては、高屈折率物質からなる高屈折率誘電体膜（例えばＴｉＯ_２）と低屈折率物質からなる低屈折率誘電体膜（例えばＡｌ₂Ｏ₃あるいはＳｉＯ₂）とを交互に蒸着させて積層して作製される誘電体多層膜が好ましく用いられる。
波長板としては複数の複屈折性有機物薄膜をそれぞれの光軸を交差するように積層して所望の機能を有する波長板が好ましく用いられる。あるいは１枚の複屈折性有機物薄膜でもよいし、複屈折性を有する結晶材料を用いてもよい。

２つの光源からの光束を回折透過させ、光軸を一致させる光学素子、より好ましくは透過型ホログラムと、偏光に対する選択反射／透過機能を持つ光学薄膜とが積層されてなる前記平板型光学素子に対して、前記波長板は別置きの光学素子として、組み合わせて光ピックアップ装置を構成してもよいが、前記平板型光学素子にさらに波長板を組み合わせて一体化してもよい。一体化することにより、光ピックアップ装置が単純化、小型化されるとともに、生産が容易になり、信頼性が向上するので好ましい。

前記平板型光学素子にさらに波長板を組み合わせて一体化された前記一体化された平板型光学素子は、２つの光源からの光束の光軸を一致させて透過させる光学素子、より好ましくは透過型ホログラムと、偏光に対する選択反射／透過機能を有する光学薄膜と、波長板とがこの順番で積層されてなる。

前記一体化された平板型光学素子は、透明ホログラムの一方の面に前記光学薄膜を設け、さらに前記波長板を積層一体化して形成してもよいし、透明ホログラムの一方の面に前記光学薄膜を設けた基板、前記波長板をこの順番で積層一体化して形成してもよい。

また、光学系は、コリメーターレンズを用いていわゆる無限系の光学系とすることが好ましいが、コリメーターレンズを使用しない有限系の光学系としてもよい。
コリメーターレンズを用いる場合、平板型光学素子と光記録媒体との間には、コリメーターレンズ３、絞り４、対物レンズ５をこの順で設けることが好ましい。コリメーターレンズは、本願発明の平板型光学素子で回折透過させる光束を略平行光に変換する役割を持つ。

例えばＤＶＤとＣＤ／ＣＤ−Ｒなど、記録媒体の厚みや記録または再生の波長が異なる光記録媒体に対して、開口数を調整するために、絞りを設けてもよい。絞りは、２つの光源のいずれかからの光束を選択的に開口制限することで開口数（ＮＡ）の設定を行う機能を有する。第１の光記録媒体に使用される開口数と第２の光記録媒体に使用される開口数とが同じである場合には絞りは通常不要である。絞り４には、機械的絞り、光学的絞りがあり、特に限定されない。

対物レンズは、２つの光源の波長のいずれに対しても共に使用可能な程度に収差補正された単レンズであり、２つの波長のそれぞれの平行光を光記録媒体の情報記録面に集光させる役割を持つ。このような機能を持つレンズとして例えば特開２００１−３４４７９８記載のレンズが挙げられる。
受光素子は、光記録媒体の情報記録面からの反射光を受け、当該情報記録面に記録された情報の、読み取り信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号の各信号を出力する機能を有する。受光素子の出力信号を用いて、光記録媒体の情報記録面に記録された情報の、読み取り信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号が得られる。

光記録媒体６は、波長λ_１の光束に対して用いるもので、０．６ｍｍの保護層厚を有する。光記録媒体７は、波長λ_２の光束に対して用いるもので、１．２ｍｍの保護層厚を有する。
なお、光ピックアップ装置としては、上記フォーカスエラー信号をもとに、レンズを光軸方向に移動する機構（フォーカスサーボ）、および上記トラッキングエラー信号をもとに、レンズを光軸にほぼ垂直の方向に移動する機構（トラッキングサーボ）を有するが、図１では省略している。

なお、上記の説明中では、ＣＤとＤＶＤとの互換を前提として説明が、現在実用化されようとしているＢＬＵＲＡＹあるいはＨＤ−ＤＶＤと従来ＤＶＤとの組合せに対しても有効に適用することができる。また、ＢＬＵＲＡＹまたはＨＤ−ＤＶＤとＣＤとの組合せに対しても有効に適用可能である。

以下に本発明を、例を挙げてさらに具体的に説明するが、本願発明は以下の説明に限定されるものではない。

［例１］
図１は本願発明になる光ピックアップ装置の構成を示す概略図であって、ＣＤとＤＶＤの読み取りにそれぞれ対応する７８０ｎｍ付近および６５０ｎｍ付近の波長を持ち、直線偏光であって偏光方向が同一方向に揃えられた２つのレーザー光源、コリメーターレンズ３、本願発明の一体化された平板型光学素子２、絞り４、対物レンズ５、光記録媒体６または７とを組み合わせてなる。また、図２は本願発明の平板型光学素子２の構成を示す断面図である。

平板型光学素子２は、石英ガラス基板の一方の面上にホログラムが形成されている透過型ホログラム９に対して、ホログラムが形成されていない面上に、入射光束を偏光方向によって透過または反射させる機能を持つ光学薄膜１０と、それぞれの波長に対して略１／４波長板の機能をもつ波長板１１とが積層され、形成されている。

透過型ホログラムは４段の階段状で近似された断面形状をもつ擬似ブレーズであって、石英ガラスからなる厚さ１ｍｍの平行平面の基板表面をフォトリソグラフィ技術により加工して形成されている。ここで、透過型ホログラム９は、並べて置かれた前記の２つのレーザー光源から出射されて本願発明の平板型光学素子２に４５°の入射角度で入射する２つの光束を、それぞれの光軸を一致させて回折透過させるとともに、当該ホログラム９の基板厚みによって生ずる非点収差を低減させる補正機能を有する。
光学薄膜１０は、２つのレーザー光源から出射された２つの光束と同一方向の直線偏光（図２において紙面に垂直方向）を透過し、これと直交する方向の直線偏光（図２において紙面に平行方向）を反射する機能を有する。また、波長板１１は前記２つの波長の光束に対して略１／４波長板の機能を持つ。

入射レーザー光線（図２の１２ａおよび１２ｂ）は、まず透過型ホログラム９よって回折され、光軸を一致させて透過されるが、偏光方向が紙面に垂直方向なのでそのまま光学薄膜１０を透過し、波長板１１で円偏光に変換されて本願発明の平板型光学素子２から出射される。
出射光束１３は、コリメーターレンズ３、絞り４、対物レンズ５を介して光記録媒体６または７の情報記録面６ａまたは７ａに照射される。情報記録面からの戻り光は逆回りの円偏光となって、対物レンズ５、絞り４、コリメーターレンズ３を介して再度本願発明の平板型光学素子２に再入射し、波長板１１の機能により図２において紙面に平行方向の直線偏光となるので、光学薄膜１０により今度は透過せずに反射されて、受光素子８に導かれる。

前記平板型光学素子の波面収差を評価すると、７８０ｎｍおよび６５０ｎｍの波長に対してＲＭＳ値で０．０１７λであって、光ピックアップ装置で使用するのに十分小さい値である。

［例２］
例１における透過型ホログラムの代わりに、ホログラムが設けられていない厚さ１ｍｍの石英ガラスからなる平行平面板を用いて、同じ入射角度４５°で光束を入射させて透過させる構成の光ピックアップ装置を作製し、前記石英ガラスからなる平行平面板の特性を評価すると、７８０ｎｍおよび６５０ｎｍの波長に対する波面収差はＲＭＳ値で０．１λ前後であって例１と比較して大きく、また、回折限界から許される波面収差ＲＭＳ値０．０７λＲＭＳを超えている。

本発明の光ピックアップ装置では、透過型ホログラム、偏光選択性を有する光学薄膜、波長板が積層、一体化されている構成の平板型光学素子を用いることで、光学系のコンパクト化、単純化が実現されて、ＣＤ／ＤＶＤ互換の光ピックアップ装置に有効に利用される。

実施形態にかかる光ピックアップ装置の概略構成図である。実施形態にかかる光ピックアップ装置に用いた平板型光学素子の断面図である。

符号の説明

１ａ：第一の光源
１ｂ：第二の光源
２：平板型光学素子
３：コリメーターレンズ
４：絞り
５：対物レンズ
６：第一の光記録媒体
６ａ：第一の光記録媒体の情報記録面
７：第二の光記録媒体
７ａ：第二の光記録媒体の情報記録面
８：受光素子
９：ホログラム
１０：光学薄膜
１１：波長板
１２ａ：平板型光学素子２に入射する第一の波長の光束またはその入射方向
１２ｂ：平板型光学素子２に入射する第二の波長の光束またはその入射方向
１３：合波され、波長板１１によって円偏光に変えられた光束またはその出射方向
１４：情報記録面で反射されて平板型光学素子に再度入射する戻り光の入射方向
１５：平板型光学素子２で反射されて受光素子８に向かう戻り光またはその反射方向

Claims

第一の波長の光束を出射する第一の光源と、
前記第一の波長とは異なる第二の波長の光束を出射する第二の光源と、
前記第一の光源からの光束および前記第二の光源からの光束を光記録媒体の情報記録面に照射し、前記情報記録面からの戻り光を受光素子に導く機能を有する平板型光学素子と、を備える光ピックアップ装置であって、
前記平板型光学素子は、前記平板型光学素子に対して斜め方向から入射する、前記第一の光源および前記第二の光源からの発散光束を回折透過させ、光軸を一致させるとともに、前記発散光束が透過することによって発生する非点収差を補正する透過型ホログラムを備える光ピックアップ装置。
前記平板型光学素子は、前記透過型ホログラム上に、第一の直線偏光を透過し、前記第一の直線偏光と直交する第二の直線偏光を反射する機能を有する光学薄膜が積層され、
前記光学薄膜と前記光記録媒体との間の光路中に波長板が備えられ、
前記第一の光源および前記第二の光源からの発散光束が、前記透過型ホログラム、前記光学薄膜の順番で透過し、次いで前記波長板を透過して前記情報記録面で反射された戻り光は、前記波長板を透過して、前記平板型光学素子の透過型ホログラムを再度透過することなく前記光学薄膜により反射されて、受光素子に導かれる請求項１記載の光ピックアップ装置。
前記波長板が、前記第一の波長の光と前記第二の波長の光に対して略１／４波長板の機能を有する請求項２記載の光ピックアップ装置。
前記平板型光学素子は、前記光学薄膜上に前記波長板が積層されてなる平板型光学素子である請求項２または請求項３記載の光ピックアップ装置。
前記第一の波長は、ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯の波長であり、前記第二の波長はＣＤ用の７８０ｎｍ帯の波長である請求項１〜４いずれか１項記載の光ピックアップ装置。