JP5227930B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関するものであり、特に、複数の記録層が積層された記録媒体に対し、異なる波長のレーザ光を照射する際に用いて好適なものである。

近年、光ディスクの大容量化に伴い、記録層の多層化が進んでいる。一枚のディスク内に複数の記録層を含めることにより、ディスクのデータ容量を顕著に高めることができる。記録層を積層する場合、これまでは片面２層が一般的であったが、最近では、さらに大容量化を進めるために、片面に３層以上の記録層を配することも検討されている。ここで、記録層の積層数を増加させると、ディスクの大容量化を促進できる。しかし、その一方で、記録層間の間隔が狭くなり、層間クロストークによる信号劣化が増大する。

記録層を多層化すると、記録／再生対象とされる記録層（ターゲット記録層）からの反射光が微弱となる。このため、ターゲット記録層の上下にある記録層から、不要な反射光（迷光）が光検出器に入射すると、検出信号が劣化し、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボに悪影響を及ぼす惧れがある。したがって、このように記録層が多数配されている場合には、適正に迷光を除去して、光検出器からの信号を安定化させる必要がある。

以下の特許文献１には、ピンホールを用いて迷光を除去する技術が、特許文献２には、１／２波長板と偏光光学素子を組み合わせることにより迷光を除去する技術が、それぞれ記載されている。

特開２００６−２６０６６９号公報 特開２００６−２５２７１６号公報

上記特許文献１の技術によれば、ターゲット記録層から反射されたレーザ光（信号光）の収束位置にピンホールを正確に位置づける必要があるため、ピンホールの位置調整作業が困難であるとの課題がある。位置調整作業を容易にするためピンホールのサイズを大きくすると、迷光がピンホールを通過する割合が増加し、迷光による信号劣化を効果的に抑制できなくなる。

また、特許文献２の技術によれば、迷光を除去するために、１／２波長板と偏光光学素子が２つずつ必要である他、さらに、２つのレンズが必要であるため、部品点数とコストが増加し、また、各部材の配置調整が煩雑であるとの課題がある。また、これらの部材を並べて配置するスペースが必要となり、光学系が大型化するとの課題もある。

なお、近年のディスクの多様化に伴い、たとえば、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ブルーレイディスク（以下、「ＢＤ」という）に対応可能な互換型の光ピックアップ装置が必要となる。かかる互換型の光ピックアップ装置においても、上記迷光に対する対策が必要となる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成にて効果的に迷光を抑制することが可能な互換型の光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、ＢＤ用レーザ光を出射する第１の光源と、ＣＤ用レーザ光を出射する第２の光源と、前記ＢＤ用レーザ光と前記ＣＤ用レーザ光をそれぞれＢＤとＣＤ上に収束させる対物レンズ部と、前記ＢＤと前記ＣＤによってそれぞれ反射された前記ＢＤ用レーザ光と前記ＣＤ用レーザ光を受光する一つの光検出器と、前記第１の光源および前記第２の光源からそれぞれ出射された前記ＢＤ用レーザ光および前記ＣＤ用レーザ光を前記対物レンズ部に導くとともに、前記ＢＤと前記ＣＤによってそれぞれ反射された前記ＢＤ用レーザ光と前記ＣＤ用レーザ光を前記光検出器に導く光学系とを備え、前記光学系は、前記ＢＤおよび前記ＣＤによってそれぞれ反射された前記ＢＤ用レーザ光および前記ＣＤ用レーザ光に非点収差を導入する非点収差素子と、前記ＢＤおよび前記ＣＤによってそれぞれ反射された前記ＢＤ用レーザ光および前記ＣＤ用レーザ光を、前記非点収差素子による収
束方向に平行な第１の直線と、前記第１の直線に垂直な第２の直線により４分割したとき、４分割されたＢＤ用レーザ光の光束を回折によって互いに離散させるとともに、４分割されたＣＤ用レーザ光の光束を回折によって互いに離散させる分光素子と、を含み、前記光検出器は、前記分光素子によって離散された前記ＢＤ用レーザ光の４つの光束をそれぞれ受光して、再生信号と前記対物レンズ部の制御に用いるサーボ信号とを生成するための第１のセンサパターンと、前記分光素子によって離散された前記ＣＤ用レーザ光の４つの光束をそれぞれ受光して、再生信号と前記対物レンズ部の制御に用いるサーボ信号とを生成するための第２のセンサパターンと、を含み、さらに、前記分光素子によって分離されたＢＤ用レーザ光の光束とＣＤ用レーザ光の光束が、それぞれ、前記光検出器の受光面上において正方形の異なる４つの頂角の位置に導かれるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、簡素な構成にて効果的に迷光を抑制することが可能な互換型の光ピックアップ装置を提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態によって何ら制限されるものではない。

実施形態に係る技術原理（光線の進み方）を説明する図である。 実施形態に係る技術原理（光線の進み方）を説明する図である。 実施形態に係る技術原理（光線の進み方）を説明する図である。 実施形態に係る技術原理（光線の進み方）を説明する図である。 実施形態に係る技術原理（光束の分布状態）を説明する図である。 実施形態に係る技術原理（光束の分布状態）を説明する図である。 実施形態に係る技術原理（光束の分布状態）を説明する図である。 実施形態に係る技術原理（光束の分布状態）を説明する図である。 実施形態に係る技術原理（角度付与と光束の分布状態の関係）を説明する図である。 実施の形態に係るセンサパターンの配置方法を示す図である。 実施例に係る光ピックアップ装置の光学系を示す図である。 実施例に係る分光素子の構成について説明する図である。 実施例に係る回折格子の特性を説明する図である。 実施例に係る分光素子の特性を説明する図である。 実施例に係る分光素子の特性を説明する図である。 実施例および本発明の技術原理の好ましい適用範囲を示す図である。 変更例に係る光ピックアップ装置の光学系と、センサパターンおよび半導体レーザの構成を示す図である。 他の変更例に係る光ピックアップ装置の光学系を示す図である。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

＜技術的原理＞
まず、図１ないし図１０を参照して、本実施の形態に適用される技術的原理について説明する。なお、ここでは、積層方向に複数の記録層が配された記録媒体に対してレーザ光が照射される場合が想定されている。以下では、複数の記録層のうち、レーザ光が収束される記録層を特に、「ターゲット記録層」と称する。

図１（ａ）は、ターゲット記録層によって反射されたレーザ光（信号光）が、平行光の状態でアナモレンズ等の非点収差素子に入射されたときの信号光と迷光の収束状態を示す図である。なお、“迷光１”は、レーザ光入射面側から見てターゲット記録層よりも一つ奥側にある記録層にて反射されたレーザ光であり、“迷光２”は、ターゲット記録層よりも一つ手前にある記録層にて反射されたレーザ光である。また、同図は、信号光がターゲット記録層にフォーカス合わせされたときの状態を示している。

図示の如く、アナモレンズの作用により、図中の“曲面方向”に信号光が収束することによって面Ｓ１に焦線が生じ、さらに、この曲面方向に垂直な図中の“平面方向”に信号光が収束することによって面Ｓ２に焦線が生じる。そして、面Ｓ１と面Ｓ２の間の面Ｓ０において、信号光のスポットが最小（最小錯乱円）となる。非点収差法に基づくフォーカス調整では、面Ｓ０に光検出器の受光面が置かれる。なお、ここではアナモレンズにおける非点収差作用を簡単に説明するために、便宜上、“曲面方向”と“平面方向”と表現しているが、実際には、互いに異なる位置に焦線を結ぶ作用がアナモレンズによって生じれば良く、図１中の“平面方向”においてアナモレンズが曲率を持っていても良い。なお、アナモレンズに収束状態でレーザ光が入射する場合は、“平面方向”におけるアナモレンズの形状は直線状（曲率半径＝∞）となり得る。

なお、同図（ａ）に示す如く、迷光１の焦線位置（同図では、非点収差素子による２つの焦線位置の間の範囲を“収束範囲”と示す）は、信号光の焦線位置よりも非点収差素子に接近しており、また、迷光２の焦線位置は、信号光の焦線位置よりも非点収差素子から離れている。

図１（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、平行光部分および面Ｓ１、Ｓ０、Ｓ２上における信号光のビーム形状を示す図である。真円で非点収差素子に入射した信号光は、面Ｓ１上で楕円となり、面Ｓ０上で略真円となった後、面Ｓ２上にて再び楕円となる。ここで、面Ｓ１上のビーム形状と面Ｓ２上のビーム形状は、それぞれの長軸が互いに垂直の関係となっている。

ここで、同図（ａ）および（ｂ）のように、平行光部分におけるビームの外周に、反時計方向に８つの位置（位置１〜８：同図では丸囲み数字で表記）を設定すると、位置１〜８を通る光線は、非点収差素子によってそれぞれ収束作用を受ける。なお、位置４と位置８は、曲面方向に平行な直線にて平行光部分のビーム断面を２分割する場合の分割線上に位置しており、位置２と位置６は、平面方向に平行な直線にて平行光部分のビーム断面を２分割する場合の分割線上に位置している。位置１、３、５、７はそれぞれ、位置２、４、６、８によって区分される外周円弧の中間にある。

平行光部分において位置４と位置８を通る光線は、面Ｓ１で曲面方向の焦線へと収束された後に面Ｓ０へと入射する。このため、これら位置４、８を通る光線は、面Ｓ０上において、同図（ｄ）に示す位置４、８を通る。同様に、平行光部分において位置１、３、５、７を通る光線も、面Ｓ１にて曲面方向の焦線へと収束された後に面Ｓ０へと入射するため、面Ｓ０上では、同図（ｄ）に示す位置１、３、５、７を通る。これに対し、平行光部分において位置２、６を通る光線は、面Ｓ１で曲面方向の焦線へと収束されずに面Ｓ０へと入射する。このため、これら位置２、６を通る光線は、面Ｓ０上において、同図（ｄ）に示す位置２、６を通る。

図２（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、平行光部分および面Ｓ１、Ｓ０、Ｓ２上における迷光１のビーム形状と光線通過位置を示す図である。同図（ｂ）に示すように、迷光１の外周にも、上記信号光の場合と同様に８つの位置１〜８を設定すると、これら８つの位置１〜８を通る光線は、曲面方向の焦線および平面方向の焦線の何れかに収束された後に面Ｓ０へと入射する。このため、平行光部分において位置１〜８を通る光線は、面Ｓ０上において、それぞれ、同図（ｄ）に示す位置１〜８を通る。

図３（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、平行光部分および面Ｓ１、Ｓ０、Ｓ２上における迷光２のビーム形状と光線通過位置を示す図である。同図（ｂ）に示すように、迷光２の外周にも、上記信号光の場合と同様に８つの位置１〜８を設定すると、これら８つの位置１〜８を通る光線は、曲面方向の焦線と平面方向の焦線の何れへも収束されることなく面Ｓ０へと入射する。このため、平行光部分において位置１〜８を通る光線は、面Ｓ０上において、それぞれ、同図（ｄ）に示す位置１〜８を通る。

図４は、以上に説明した平行光部分および面Ｓ１、Ｓ０、Ｓ２上におけるビーム形状と光線の通過位置を、信号光、迷光１および迷光２を対比して示す図である。同図中の（ｃ）の段を対比して分かるとおり、平行光部分において位置１を通過した信号光、迷光１および迷光２の光束は、それぞれ、面Ｓ０上において、互いに異なる外周位置を通過する。同様に、平行光部分において位置３，４，５，７，８を通過した信号光、迷光１および迷光２の光束も、面Ｓ０において、互いに異なる外周位置を通過する。平行光部分において位置２，６を通過した信号光と迷光２の光束は、面Ｓ０において、同じ外周位置を通過する。この場合も、平行光部分において位置２，６を通過した信号光と迷光１の光束は、面Ｓ０において、互いに異なる外周位置を通過し、また、平行光部分において位置２、６を通過した迷光１と迷光２の光束は、面Ｓ０において、互いに異なる外周位置を通過する。

次に、以上の現象を考慮して、平行光部分における信号光および迷光１、２の領域分割パターンと、面Ｓ０上における信号光および迷光１、２の照射領域との関係について検討する。

まず、図５（ａ）に示すように、平行光部分における信号光および迷光１、２を、平面方向と曲面方向に対して４５°傾いた２つの直線で分割し、４つの光束領域Ａ〜Ｄに区分したとする。なお、この分割パターンは、従来の非点収差法に基づく領域分割に対応するものである。

この場合、上述の現象により、光束領域Ａ〜Ｄの信号光は、面Ｓ０上において、同図（ｂ）のように分布する。また、光束領域Ａ〜Ｄの迷光１および迷光２は、上述の現象により、それぞれ、同図（ｃ）および（ｄ）のように分布する。

ここで、面Ｓ０上における信号光と迷光１、２を光束領域毎に取り出すと、各光の分布は、図６（ａ）ないし（ｄ）のようになる。この場合、各光束領域の信号光には、同じ光束領域の迷光１および迷光２の何れか一方が必ず重なる。このため、各光束領域の信号光を光検出器上のセンサパターンで受光すると、少なくとも、同じ光束領域における迷光１または迷光２が対応するセンサパターンに同時に入射し、これにより検出信号に劣化が生じる。

これに対し、図７（ａ）に示すように、平行光部分における信号光および迷光１、２を、平面方向と曲面方向に平行な２つの直線で分割し、４つの光束領域Ａ〜Ｄに区分したとする。この場合、上述の現象から、光束領域Ａ〜Ｄの信号光は、面Ｓ０上において、同図（ｂ）のように分布する。また、光束領域Ａ〜Ｄの迷光１および迷光２は、上述の現象により、それぞれ、同図（ｃ）および（ｄ）のように分布する。

ここで、面Ｓ０上における信号光と迷光１、２を光束領域毎に取り出すと、各光の分布は、図８（ａ）ないし（ｄ）のようになる。この場合、各光束領域の信号光には、同じ光束領域の迷光１および迷光２の何れも重ならない。このため、各光束領域内の光束（信号光、迷光１、２）を異なる方向に離散させた後に、信号光のみをセンサパターンにて受光するように構成すると、対応するセンサパターンには信号光のみが入射し、迷光の入射を抑止することができる。これにより、迷光による検出信号の劣化を回避することができる。

以上のように、信号光および迷光１、２を平面方向と曲面方向に平行な２つの直線で４つの光束領域Ａ〜Ｄに分割し、これら光束領域Ａ〜Ｄを通る光を分散させて面Ｓ０上において離間させることにより、信号光のみを取り出すことができる。本実施の形態は、この原理を基盤とするものである。

図９は、図７（ａ）に示す４つの光束領域Ａ〜Ｄを通る光束（信号光、迷光１、２）の進行方向を、それぞれ、異なる方向に、同じ角度だけ変化させたときの、面Ｓ０上における信号光と迷光１、２の分布状態を示す図である。ここでは、同図（ａ）に示すように、光束領域Ａ〜Ｄを通る光束（信号光、迷光１、２）の進行方向が、それぞれ、方向Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄに、同じ角度量α（図示せず）だけ変化している。なお、方向Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄは、平面方向と曲面方向に対して、それぞれ、４５°の傾きを持っている。

この場合、方向Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄにおける角度量αを調節することにより、Ｓ０平面上において、同図（ｂ）に示すように各光束領域の信号光と迷光１、２を分布させることができる。その結果、図示の如く、信号光のみが存在する信号光領域をＳ０平面上に設定することができる。この信号光領域に光検出器のセンサパターンを設定することにより、各領域の信号光のみを、対応するセンサパターンにて受光することができる。

図１０は、センサパターンの配置方法を説明する図である。同図（ａ）および（ｂ）は、従来の非点収差法に基づく光束の分割方法とセンサパターンを示す図であり、同図（ｃ）および（ｄ）は、上述の原理に基づく光束の分割方法とセンサパターンを示す図である。ここで、トラック方向は、平面方向および曲面方向に対して４５°の傾きを持っている。なお、同図（ａ）および（ｄ）では、説明の便宜上、光束が８つの光束領域ａ〜ｈに区分されている。また、同図（ａ）、（ｂ）、（ｄ）では、トラック溝による回折の像（トラック像）が実線で示され、同図（ｂ）、（ｄ）では、オフフォーカス時のビーム形状が点線によって示されている。

なお、トラック溝による信号光の０次回折像と一次回折像の重なり状態は、波長／（トラックピッチ×対物レンズＮＡ）で求められることが知られており、同図（ａ）、（ｂ）、（ｄ）のように、４つの光束領域ａ、ｄ、ｅ、ｈに一次回折像が収まる条件は、波長／（トラックピッチ×対物レンズＮＡ）＞√２となる。

従来の非点収差法では、光検出器のセンサＰ１〜Ｐ４（４分割センサ）が同図（ｂ）のように設定される。この場合、光束領域ａ〜ｈの光強度に基づく検出信号成分をＡ〜Ｈで表すと、フォーカスエラー信号ＦＥとプッシュプル信号ＰＰ（トラッキングエラー信号）は、
ＦＥ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｅ＋Ｆ）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｇ＋Ｈ） …（１）
ＰＰ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｇ＋Ｈ）−（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｆ） …（２）
の演算により求まる。

これに対し、上記図９（ｂ）の分布状態では、上述の如く、信号光領域内に、図１０（ｃ）の状態で信号光が分布している。この場合、同図（ａ）に示す光束領域ａ〜ｈを通る信号光は、同図（ｄ）のようになる。すなわち、同図（ａ）の光束領域ａ〜ｈを通る信号光は、光検出器のセンサパターンが置かれる面Ｓ０上では、同図（ｄ）に示す光束領域ａ〜ｈへと導かれる。

したがって、同図（ｄ）に示す光束領域ａ〜ｈの位置に、同図（ｄ）に重ねて示す如くセンサＰ１１〜Ｐ１８を設定すれば、同図（ｂ）の場合と同様の演算処理によって、フォーカスエラー信号とプッシュプル信号を生成することができる。すなわち、この場合も、光束領域ａ〜ｈの光束を受光するセンサパターンからの検出信号をＡ〜Ｈで表すと、同図（ｂ）の場合と同様、フォーカスエラー信号ＦＥとプッシュプル信号ＰＰは、上記式（１）、（２）の演算により取得することができる。

以上のように、本原理によれば、平行光部分における信号光および迷光１、２を、図１の平面方向と曲面方向に平行な２つの直線で４つの光束領域Ａ〜Ｄに分割し、これら光束領域Ａ〜Ｄを通る光を分散させ、さらに、分散させた後の各光束領域Ａ〜Ｄにおける信号光を、２分割された受光部（２分割センサ）によって個別に受光することにより、従来の非点収差法に基づく場合と同様の演算処理にて、フォーカスエラー信号とプッシュプル信号（トラッキングエラー信号）を生成することができる。さらに、各センサからの信号を加算することにより、再生ＲＦ信号が生成され得る。上記の如く、信号光領域には迷光が重ならないため、こうして得られたフォーカスエラー信号およびプッシュプル信号（トラッキングエラー信号）と再生ＲＦ信号は、高品質なものとなる。

＜実施例＞
以下、上記原理に基づく実施例について説明する。

図１１（ａ）は、本実施例に係る光ピックアップ装置の光学系を示す図である。本実施例に係る光ピックアップ装置は、ＢＤ、ＣＤ、ＤＶＤに対応可能なものである。

図示の如く、光ピックアップ装置は、半導体レーザ１０１と、回折格子１０２と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０３と、コリメータレンズ１０４と、１／４波長板１０５と、対物レンズ１０６と、ホルダ１０７と、対物レンズアクチュエータ１０８と、検出レンズ１０９と、分光素子１１０と、光検出器１１１を備えている。

半導体レーザ１０１は、波長７８５ｎｍ程度のＣＤ用レーザ光（以下、「ＣＤ光」という）、波長６５０ｎｍ程度のＤＶＤ用レーザ光（以下、「ＤＶＤ光」という）、および、波長４０５ｎｍ程度のＢＤ用レーザ光（以下、「ＢＤ光」という）をそれぞれ出射する３つのレーザ素子を同一ＣＡＮ内に収容している。

図１１（ｂ）は、半導体レーザ１０１内におけるレーザ素子の配置パターンを示す図である。ここでは、各レーザ素子がモノリシック型にて実装された構成例が示されている。同図は、半導体レーザ１０１をビーム出射側から見たときのものである。同図において、ＢＥ、ＣＥおよびＤＥは、それぞれ、ＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光の発光点を示している。

図１１（ｂ）の構成では、ＢＤ光の発光点ＢＥがＣＤ光の発光点ＣＥの真上に位置するようにして、ＣＤ光とＤＶＤ光の発光層の上にＢＤ光の発光層が配置される。この構成例によれば、ＣＤ光の発光点ＣＥとＢＤ光の発光点ＢＥとのギャップＧ１を、ＤＶＤ光の発光点ＤＥとＣＤ光の発光点ＣＥとのギャップＧ２に比べて数段小さく設定することができる。よって、半導体レーザ１０１から出射されるレーザ光のうち、ＣＤ光とＢＤ光の光軸ずれを極めて小さく抑えることができる。

より詳細には、それぞれの発光層の間には半田層や電極層、絶縁層等が配置される。よって、これらの層の厚みによって、ＣＤ光の発光点ＣＥとＢＤ光の発光点ＢＥとの間のギャップＧ１が与えられる。層形成プロセスおよび発熱の問題を考慮した場合、ギャップＧ１の最小値は１μｍ程度が限界とされる。このため、通常、ギャップＧ１は、数μｍ程度に設定される。

なお、ＣＤ光の発光点ＣＥとＤＶＤ光の発光点ＤＥとの間のギャップＧ２は、後述の如く、ＤＶＤ光が、ＤＶＤ光用のセンサパターンに適正に照射されるように設定される。このように、３つの光源を同一ＣＡＮ内に収容することで、複数ＣＡＮの構成に比べて光学系を簡素化することができる。

図１１（ａ）に戻り、回折格子１０２は、ＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光のうち、ＤＶＤ光に作用して、ＤＶＤ光をメインビームと２つのサブビームに分割する。

図１３は、回折格子１０２を２段ステップ型とした場合の、１ステップあたりの段差と回折効率との関係をシミュレーションした特性図である。この場合、１ステップあたりの段差を図中のＡの大きさに設定することで、ＢＤ光とＣＤ光は略回折せずに、ＤＶＤ光のみ回折するよう回折格子１０２が構成される。

図１１（ａ）に戻り、ＰＢＳ１０３は、回折格子１０２側から入射するＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光を反射するとともにコリメートレンズ１０４側から入射するＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光を透過する。コリメートレンズ１０４は、ＰＢＳ１０３側から入射するＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光を平行光に変換する。１／４波長板１０５は、コリメートレンズ１０４側から入射するＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光を円偏光に変換するとともに、対物レンズ１０６側から入射するＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光を、コリメートレンズ１０４側から入射する際の偏光方向に直交する直線偏光に変換する。

対物レンズ１０６は、ＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光を、それぞれ、ＢＤ、ＣＤおよびＤＶＤに対して適正に収束させるよう構成されている。対物レンズ１０６は、ホルダ１０７に保持された状態で、対物レンズアクチュエータ１０８により、フォーカス方向およびトラッキング方向に駆動される。

検出レンズ１０９は、ＰＢＳ１０３側から入射したＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光に非点収差を導入する。非点収差が導入されたＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光は、分光素子１１０に入射する。なお、検出レンズ１０９は、上記技術的原理における非点収差素子に相当する。

分光素子１１０には、入射面にステップ型の回折パターン（回折ホログラム）が形成されている。分光素子１１０に入射したＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光のうち、ＢＤ光とＣＤ光は、分光素子１１０による回折作用によって、図９（ａ）に示すように、それぞれ４つの光束に区分され、各光束の進行方向が変えられる。

光検出器１１１は、図１１（ｃ）に示すセンサパターンを有する。すなわち、光検出器１１１は、分光素子１１０によって分離されたＢＤ光を受光するＢＤ用センサパターン（センサＰ２１〜Ｐ２８）と、分光素子１１０によって分離されたＣＤ光を受光するＣＤ用センサパターン（センサＰ３１〜Ｐ３８）を有する。さらに、光検出器１１１は、回折されずに分光素子１１０を透過したＤＶＤ光（０次回折光）を受光するＤＶＤ用センサパターン（４分割センサＰ４１〜Ｐ４３）を有している。これらセンサパターンは、図１に示す面Ｓ０上に配置されている。

図１２（ａ）は、分光素子１１０の構成を示す図である。同図は、分光素子１１０を検出レンズ１０９側から見たときの平面図である。

分光素子１１０は、正方形形状の透明板にて形成され、光入射面にステップ型の回折パターン（回折ホログラム）が形成されている。光入射面は、図示の如く、４つの回折領域１１０ａ〜１１０ｄに区分されている。これら回折領域１１０ａ〜１１０ｄに、それぞれ、図９（ａ）の光束領域Ａ〜Ｄを通過したＢＤ光およびＣＤ光が入射するよう、分光素子１１０が検出レンズ１０９の後段に配置される。

回折領域１１０ａ〜１１０ｄは、入射されたＢＤ光を−１次の回折作用により方向Ｖａ１〜Ｖｄ１に回折させ、また、入射されたＣＤ光を−１次の回折作用により方向Ｖａ２〜Ｖｄ２に回折させる。方向Ｖａ１〜Ｖｄ１は、図９（ａ）の方向Ｄａ〜Ｄｄに一致しており、方向Ｖａ２〜Ｖｄ２もまた、図９（ａ）の方向Ｄａ〜Ｄｄに一致している。また、各領域は、ＢＤ光に対する−１次の回折角が互いに同じであり、ＣＤ光に対する−１次の回折角も互いに同じとなっている。

ここで、回折角は、回折次数に波長を乗じた値に比例する。本実施例では、ＢＤ光では、回折次数×波長＝−４０５となり、ＣＤ光では、回折次数×波長＝−７８５となる。よって、ＣＤ光の回折角は、ＢＤ光の回折角の約２倍となる。

このように回折領域１１０ａ〜１１０ｄを構成することで、ＢＤ光とＣＤ光は、光検出器１１１の受光面上において、図１２（ｂ）のように分布する。図示の如く、光検出器１１１の受光面上には、ＢＤ光の迷光が掛からないＢＤ光の信号光領域と、ＣＤ光の迷光が掛からないＣＤ光の信号光領域が生じる。本実施例では、ＢＤ光の信号光領域の角部分に図１１（ｃ）に示すセンサＰ２１〜Ｐ２８が配置され、また、ＣＤ光の信号光領域の角部分に図１１（ｃ）に示すセンサＰ３１〜Ｐ３８が配置される。これにより、ＢＤ光の信号光のみ、および、ＣＤ光の信号光のみが、ＢＤ用センサパターン（センサＰ２１〜Ｐ２８）およびＣＤ用センサパターン（センサＰ３１〜Ｐ３８）で受光される。

また、上記実施例では、ＢＤ光とＣＤ光の発光点ＢＥ、ＣＥとのギャップＧ１が数μｍと微小であるため、図１１（ｃ）では、ＢＤ用センサパターンとＣＤ用センサパターンを各々の中心が一致するよう配置したが、ギャップＧ１に応じて各々の中心を調整しても良い。特に、さらに高精度なサーボ信号が要求される場合には、ギャップＧ１に応じて各々の中心を調整すると良い。

なお、本実施例では、図１１（ｂ）に示すギャップＧ１分だけ、ＢＤ光とＣＤ光とに光軸ずれが生じている。このため、ＢＤ光が回折領域１１０ａ〜１１０ｄに均等に掛かるように分光素子１１０が配置されると、ギャップＧ１分だけずれた状態でＣＤ光が分光素子１１０に入射する。この場合、回折領域１１０ａ〜１１０ｄによって分離されたＣＤ光の４つの光束は、図１１（ｃ）に示すような４分の１円の扇型形状の状態でＣＤ用センサパターン（センサＰ３１〜Ｐ３８）に入射せず、４分の１円からやや変形した形状でＣＤ用センサパターンに入射する。しかし、ＣＤ光の光軸ずれは、上記のとおり数μｍ程度であるため、ＣＤ光の４つの光束は、受光面上において、４分の１円の扇型形状から大きく変形することはない。よって、この変形による光検出器１１１からの信号の誤差は殆ど問題とはならないものと考えられる。

なお、回折領域１１０ａ〜１１０ｄに配される回折パターンは、ＤＶＤ光に対する０次の回折効率が高く、ＢＤ光とＣＤ光に対する−１次の回折効率が高くなるよう構成される。ステップ型の回折パターンでは、回折効率は、回折パターンのステップ数と１ステップあたりの段差により調整され、回折角度は、回折パターンのピッチにより調整される。本実施例では、たとえば、５段ステップ型の回折パターンが用いられる。

図１４は、５段ステップ型の回折パターンにおける、１ステップあたりの段差と回折効率との関係をシミュレーションした特性図である。この場合、１ステップあたりの段差を図中のＢの大きさに設定することで、ＤＶＤ光に対する０次の回折効率を９０％以上、ＢＤ光に対する−１次の回折効率を８０％以上、ＣＤ光に対する−１次の回折効率を６０％以上とすることができる。

なお、回折領域１１０ａ〜１１０ｄに配される回折パターンのステップ数を他のステップ数にすることもできる。図１５は、４段ステップ型の回折パターンにおける、１ステップあたりの段差と回折効率との関係との関係をシミュレーションした特性図である。この場合、１ステップあたりの段差を図中のＣの大きさに設定することで、ＤＶＤ光に対する０次の回折効率を略１００％にでき、また、ＢＤ光に対する−１次の回折効率を７０％以上、ＣＤ光に対する−１次の回折効率を５０％以上とすることができる。

このように、本実施例では、ＤＶＤ光に対する回折領域１１０ａ〜１１０ｄの０次の回折効率が高く設定されているため、ＤＶＤ光は、分光素子１１０により略回折されずに、光検出器１１１へと導かれる。光検出器１１１には、図１１（ｃ）に示すように、回折されずに分光素子１１０を透過したＤＶＤ光のメインビームＭと、２つのサブビームＳ１、Ｓ２をそれぞれ受光する３つの４分割センサＰ４１〜Ｐ４３（ＤＶＤ用センサパターン）が配されている。ここで、ＤＶＤ用センサパターンと、ＢＤ用センサパターンおよびＣＤ用センサパターンとの間隔Ｓ１は、図１１（ｂ）に示すギャップＧ２に相当する。すなわち、発光点間のギャップＧ２に応じてセンサパターン間の間隔Ｓ１が設定され、あるいは、逆に、センサパターン間の間隔Ｓ１に応じて発光点間のギャップＳ１が設定される。そうして、ＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光が、図１１（ｃ）の各センサパターンに適正に照射されるよう、半導体レーザ１０１と光検出器１１１の位置調整が行われ、また、光軸を中心とする回折格子１０２の回転位置が調整される。

なお、本実施例では、ＤＶＤ光には、上記技術的原理による構成が適用されずに、従前の非点収差法および３ビームプッシュプル法による構成が適用されている。したがって、ＤＶＤ用センサパターンを構成する３つの４分割センサには、ＤＶＤ光の迷光が掛かることになる。このように、ＤＶＤ光については従前の非点収差法および３ビームプッシュプル法を適用したのは、以下の理由による。

ＤＶＤのうちＤＶＤ−ＲＡＭは、トラックピッチが他のＤＶＤに比べてかなり大きい。このため、ＤＶＤ−ＲＡＭのトラック上にＤＶＤ光を収束させると、ＤＶＤから反射されたＤＶＤ光のビーム光束に占めるトラック像の割合が大きくなる。こうなると、１ビームプッシュプル法では、プッシュプル信号（トラッキングエラー信号）を精度よく生成することが難しくなる。この理由から、本実施例では、プッシュプル信号の生成手法として３ビーム法が適用されている。

この場合、３つに分割されたメインビームと２つのサブビームに対し、上記技術的原理による構成を適用することも考えられる。しかし、こうなると、分光素子１１０を３ビームに適合するように構成する必要があり、分光素子１１０の複雑化を招く。また、分光素子１１０を３つのビームに対して精度よく位置調整する必要があるため、位置調整作業の煩雑さを招く。

このような理由から、本実施例では、ＤＶＤ光については従前の非点収差法および３ビームプッシュプル法が適用される。こうすることで、ＢＤとＣＤに対して光ピックアップ装置が用いられる場合には、迷光による信号劣化を回避でき、また、ＤＶＤ−ＲＡＭに対しても、不具合なく光ピックアップ装置が用いられ得る。

以上、本実施例によれば、ＢＤ用センサパターンとＣＤ用センサパターンに対して不要な迷光が入射するのを回避することができる。また、この効果を、分光素子１１０を検出レンズ１０９と光検出器１１１との間に配置するとの極めて簡素な構成により実現できる。すなわち、本実施例によれば、簡素な構成で、ＢＤ用センサパターンとＣＤ用センサパターンに迷光が入射するのを防止することができる。

また、本実施例では、略２倍の波長差があるＢＤ光とＣＤ光に対して分光素子１１０を作用させたため、上記のようにＢＤ光とＣＤ光をともに、−１次の回折により分光させた場合にも、回折角の差を大きくとることができる。このため、受光面上において、ＣＤ光の信号光領域をＢＤ光の信号光領域よりも大きく広げることができ、ＢＤ用センサパターンとＣＤ用センサパターンを配置し易いとの効果が奏され得る。

また、本実施例では、分離されたＢＤ光の光束とＣＤ光の光束が、それぞれ、光検出器１１１の受光面上において、正方形の異なる４つの頂角の位置に導かれるように、分光素子１１０が構成されているため、ＢＤ光とＣＤ光の信号光領域がコンパクトになり、よって、ＢＤ用センサパターンとＣＤ用センサパターンの配置領域をコンパクトにすることができる。

さらに、本実施例では、ＤＶＤ光については、フォーカスエラー信号およびプッシュプル信号（トラッキングエラー信号）の生成手法として、従前の非点収差法と３ビームプッシュプル法を適用したため、分光素子１１０の構成の複雑化および配置調整の煩雑化を招くことなく、ＤＶＤ−ＲＡＭに対しても適正にフォーカスエラー信号およびプッシュプル信号（トラッキングエラー信号）を生成することができる。

また、本実施例では、同一ＣＡＮ内に、ＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光を出射するレーザ光素子を収容する構成としたため、光学系の構成を簡素にすることができる。このとき、ＢＤ光とＣＤ光の発光点ＢＥ、ＣＥが接近して配置されているため、これらレーザ光の光軸を整合させずとも、ＢＤ光とＣＤ光を、それぞれ、ＢＤ用センサパターン（センサＰ２１〜Ｐ２８）とＣＤ用センサパターン（センサＰ３１〜Ｐ３４）に導くことができる。

また、ＤＶＤ光の発光点ＤＥと、ＢＤ光とＣＤ光の発光点ＢＥ、ＣＥとのギャップＧ２が、ＤＶＤ用センサパターン（４分割センサＰ４１〜Ｐ４３）と、ＢＤ用センサパターン（センサＰ２１〜Ｐ２８）およびＣＤ用センサパターン（センサＰ３１〜Ｐ３４）との間隔Ｓ１に応じて設定されているため、別途、光学素子を配することなく、ＤＶＤ光をＤＶＤ用センサパターン（４分割センサＰ４１〜Ｐ４３）に導くことができる。

以上、上記原理に基づく実施例について説明したが、上記原理による効果は、図１６に示すように、迷光１の平面方向の焦線位置が面Ｓ０（信号光のスポットが最小錯乱円となる面）よりも非点収差素子に接近した位置にあり、且つ、迷光２の曲面方向の焦線位置が面Ｓよりも非点収差素子から離れた位置にあるときに奏され得るものである。すなわち、この関係が満たされていれば、信号光と迷光１、２の分布は上記図８に示す状態となり、面Ｓ０において、信号光と迷光１、２が重なり合わないようすることができる。換言すれば、この関係が満たされる限り、たとえ、信号光の曲面方向の焦線位置よりも迷光１の平面方向の焦線位置が面Ｓ０に接近し、あるいは、信号光の平面方向の焦線位置よりも迷光２の曲面方向の焦線位置が面Ｓ０に接近したとしても、上記原理に基づく本発明ないし実施例の効果は奏され得る。

本発明の実施形態は、上記以外に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施例では、一つの対物レンズ１０６に、ＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光を入射させるようにしたが、ＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光を異なる対物レンズに入射させるようにしても良い。たとえば、図１７（ａ）に示すように、ＢＤ光を対物レンズ１２３に入射させ、ＣＤ光とＤＶＤ光を対物レンズ１２６に入射させるようにしても良い。この場合、ＢＤ光は、ダイクロイックプリズム１２１を透過した後、１／４波長板１２２を介して対物レンズ１２３に入射し、ＣＤ光とＤＶＤ光は、ダイクロイックプリズム１２１により反射された後、ミラー１２４により反射され、１／４波長板１２５を介して対物レンズ１２６に入射する。対物レンズ１２３は、ＢＤに対してＢＤ光を適正に収束させるよう構成され、対物レンズ１２６は、ＣＤおよびＤＶＤに対して、それぞれ、ＣＤ光とＤＶＤ光を適正に収束させるよう構成される。また、対物レンズ１２３、１２６は、ホルダ１２７に保持され、アクチュエータ１２８により一体的に駆動される。

また、上記実施例では、ＢＤ用センサパターン、ＣＤ用センサパターンおよびＤＶＤ用センサパターンが、別々に配されたが、図１７（ｂ）に示すように、ＣＤ用センサパターンの一部と、ＤＶＤ用センサパターンの一部が、同じセンサを共用するようにしても良い。ここでは、メインビームＭを受光するセンサＰ４０が、４分割センサの各センサをさらに２分割した８分割センサにより構成され、かかる８分割センサの左側の２つのセンサＰ４０ａ、Ｐ４０ｂが、ＣＤ光の右側の分割光束を受光するセンサとして共用されている。この構成によれば、センサパターン間の間隔Ｓ１を小さくできるため、センサパターン全体のサイズをコンパクトにすることができる。

さらに、上記実施例では、ＢＤ光、ＣＤ光およびＤＶＤ光を出射する各レーザ素子がモノリシック型にて実装された構成例が示されたが、図１７（ｃ）に示すように、これらレーザ素子を、ハイブリッド型にて実装しても良い。

なお、上記実施例では、光軸ずれが生じたままＢＤ光とＣＤ光を分光素子１１０に入射させたが、ＣＤ光とＢＤ光を、光軸を整合させた状態で、分光素子１１０に入射させても良い。この場合、たとえば、図１８（ａ）に示すように、透明な平行平板１３０を用いてＣＤ光とＢＤ光の光軸を整合させることができる。

同図（ｂ）は、平行平板１３０による光軸ずれ補正作用を説明する図である。

平行平板１３０の厚みをｔ、光軸に対する傾きをａ、屈折率をｎとしたとき、平行平板１３０による光軸のシフト量ｈ（平行平板１３０をレーザ光が通過する前後の光軸の変位量）は、次式で表される。

ｈ＝ｔ/Ｃｏｓ（Ｓｉｎ^−１（Ｓｉｎ（ａ）/ｎ））＊Ｓｉｎ（ａ）
ここで、平行平板１３０の屈折率ｎは光の波長に応じて変化するため、ＣＤ光（波長７８５ｎｍ）が通過するときと、ＢＤ光（波長４０５ｎｍ）が通過するときとでは、光軸のシフト量が変化する。すなわち、かかる波長の相違から、同図（ｂ）に示す如く、ＢＤ光の光軸のシフト量は、ＣＤ用レーザ光の光軸のシフト量よりも大きくなる。

したがって、ＢＤ光とＣＤ光が同図に示すようにして平行平板１３０に入射すると、ＢＤ光とＣＤ光のシフト量の差分だけ、ＢＤ光の光軸がＣＤ光の光軸近づく。よって、上記式をもとに、平行平板１３０の厚みｔと傾き角ａを調整すれば、平行平板１３０を通過した後のＢＤ光とＣＤ光の光軸を整合させることができる。

なお、この場合は、平行平板１３０の作用により、ＤＶＤ光の光軸もシフトするが、図１１（ｂ）に示す如く、ＤＶＤ光の発光点ＤＥは、ＢＤ光の発光点ＢＥとＣＤ光の発光点ＣＥが並ぶ方向と垂直な方向に配置されているため、平行平板１３０の作用によりＤＶＤ光の光軸がシフトしても、ＤＶＤ光の光軸がＢＤ光とＣＤ光の光軸に近づくことはない。

図１８（ａ）の変更例によれば、ＢＤ光とＣＤ光を、光軸が整合された状態で、分光素子１１０の回折領域１１０ａ〜１１０ｄに均等に入射させることができる。よって、ＢＤ光とＣＤ光の何れについても、図１７（ｂ）に示す如く、歪みのない４分の１円の形状で、対応するセンサパターンに入射させることができる。よって、光検出器１１１から出力される信号の精度をさらに高めることができる。なお、平行平板はＰＢＳと分光素子との間に配置してもよく、さらにＰＢＳを平板形状とすることで機能を一体化することもできる。

また、上記実施例では、分光素子１１０が検出レンズ１０９の後段に配されたが、分光素子１１０を検出レンズ１０９の前段に配しても良い。また、上記実施例では、対物レンズ１０６に対してＣＤ光を無限系で入射させたが、有限系にてＣＤ光を対物レンズ１０６に入射させる構成であっても良い。この場合も、ＣＤ光の迷光がＣＤ用センサパターンに入射するのを防止することができる。

さらに、上記実施例では、ＤＶＤ光について、３ビームプッシュプル法を用いたが、ＤＶＤ光について、インライン方式を用いても良い。この場合、図１１（ｃ）に示すＤＶＤ光用の３つの４分割センサは上下一列に並び、回折格子１０２は、分割後のビームに位相差を持たせるインライン方式の回折格子に変更される。

また、本発明に係る光ピックアップ装置は、対物レンズの設計を変えることで、ＢＤと類似の波長帯のレーザ光を用いるＣＢＨＤ（China Blue High-definition Disc）と、ＣＤおよびＤＶＤの互換型光ピックアップ装置に置き換えることができる。請求項における「ＢＤ用レーザ光」および「ＢＤ」は、それぞれ、「ＣＢＨＤ用レーザ光」および「ＣＢＨＤ」を、均等の範囲として含むものである。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１０１ 半導体レーザ
１０２ 回折格子
１０６ 対物レンズ
１０９ 検出レンズ（非点収差素子）
１１０ 分光素子
１１１ 光検出器
Ｐ２１〜Ｐ２８ センサ（第１のセンサパターン）
Ｐ３１〜Ｐ３８ センサ（第２のセンサパターン）
Ｐ４１〜Ｐ４３ センサ（第３のセンサパターン）
Ｐ４０ センサ（第２のセンサパターン、第３のセンサパターン）
１３０ 平行平板（光軸補正素子）

Claims (5)

1. ＢＤ用レーザ光を出射する第１の光源と、
   ＣＤ用レーザ光を出射する第２の光源と、
   前記ＢＤ用レーザ光と前記ＣＤ用レーザ光をそれぞれＢＤとＣＤ上に収束させる対物レンズ部と、
   前記ＢＤと前記ＣＤによってそれぞれ反射された前記ＢＤ用レーザ光と前記ＣＤ用レーザ光を受光する一つの光検出器と、
   前記第１の光源および前記第２の光源からそれぞれ出射された前記ＢＤ用レーザ光および前記ＣＤ用レーザ光を前記対物レンズ部に導くとともに、前記ＢＤと前記ＣＤによってそれぞれ反射された前記ＢＤ用レーザ光と前記ＣＤ用レーザ光を前記光検出器に導く光学系とを備え、
   前記光学系は、
   前記ＢＤおよび前記ＣＤによってそれぞれ反射された前記ＢＤ用レーザ光および前記ＣＤ用レーザ光に非点収差を導入する非点収差素子と、
   前記ＢＤおよび前記ＣＤによってそれぞれ反射された前記ＢＤ用レーザ光および前記ＣＤ用レーザ光を、前記非点収差素子による収束方向に平行な第１の直線と、前記第１の直線に垂直な第２の直線により４分割したとき、４分割されたＢＤ用レーザ光の光束を回折によって互いに離散させるとともに、４分割されたＣＤ用レーザ光の光束を回折によって互いに離散させる分光素子と、を含み、
   前記光検出器は、
   前記分光素子によって離散された前記ＢＤ用レーザ光の４つの光束をそれぞれ受光して、再生信号と前記対物レンズ部の制御に用いるサーボ信号とを生成するための第１のセンサパターンと、
   前記分光素子によって離散された前記ＣＤ用レーザ光の４つの光束をそれぞれ受光して、再生信号と前記対物レンズ部の制御に用いるサーボ信号とを生成するための第２のセンサパターンと、を含み、
   さらに、前記分光素子によって分離されたＢＤ用レーザ光の光束とＣＤ用レーザ光の光束が、それぞれ、前記光検出器の受光面上において正方形の異なる４つの頂角の位置に導かれるように構成されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１に記載の光ピックアップ装置において、
   ＤＶＤ用レーザ光を出射する第３の光源をさらに備え、
   前記第１の光源、前記第２の光源および前記第３の光源は、出射方向が同じとなるように、所定のギャップをもって、同一筐体内に配置され、
   前記光学系は、前記第３の光源から出射された前記ＤＶＤ用レーザ光を前記対物レンズ部に導くとともに、ＤＶＤによって反射された前記ＤＶＤ用レーザ光を前記光検出器に導き、
   さらに、前記光学系は、前記ＢＤ用レーザ光、前記ＣＤ用レーザ光および前記ＤＶＤ用レーザ光のうち、前記ＤＶＤ用レーザ光をメインビームと２つのサブビームに分離する回折格子を備え、
   前記光検出器は、回折されずに前記分光素子を透過した前記ＤＶＤ用レーザ光の前記メインビームと２つの前記サブビームをそれぞれ受光して、再生信号と前記対物レンズ部の制御に用いるサーボ信号とを生成するための第３のセンサパターンを備え、
   前記ＤＶＤ用レーザ光の前記メインビームと２つの前記サブビームが前記第３のセンサパターンに導かれるよう、前記第１の光源および前記第２の光源と、前記第３の光源との間の前記ギャップが設定されている、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項２に記載の光ピックアップ装置において、
   前記第３のセンサパターンの一部と、前記第２のセンサパターンの一部が、同じセンサを共用している、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項２または３に記載の光ピックアップ装置において、
   前記ＢＤ用レーザ光の光軸と前記ＣＤ用レーザ光の光軸とを互いに一致させる光軸補正素子をさらに備える、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項２ないし４の何れか一項に記載の光ピックアップ装置において、
   前記対物レンズ部は、前記ＢＤ用レーザ光、前記ＣＤ用レーザ光および前記ＤＶＤ用レーザ光がともに入射される対物レンズを備える、
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。

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