JPH1092010A - 光学的位相板を使用した光ピックアップ - Google Patents
光学的位相板を使用した光ピックアップInfo
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Abstract
可能なコンパクトディスク(CD−R)に情報を記録し
再生できる光ピックアップ装置を提供する。 【解決手段】 使われる光記録媒体により第1光及び第
2光のうち一つを使用する。この光ピックアップ装置の
レーザー光源はDVDディスクのための短波長の第1光
及びCD−Rディスクのための長波長の第2光をそれぞ
れ出射し、対物レンズはDVDディスクの情報記録面の
位置に一致する既に設定された焦点距離を有する。光経
路調節部はレーザー光源から出射される光が対物レンズ
側に向かうよう対物レンズからの光が光検出部に向かわ
せる。光経路調節部と対物レンズとの間に位置した位相
シフト部は光経路調節部から対物レンズに進む第2光の
位相をシフトさせ、CD−Rディスクの情報記録面の位
置に形成される光スポットのサイズを縮める。
Description
ィスク(DVD)と記録可能なコンパクトディスク(C
D−R)に情報を記録し再生できる光ピックアップ装置
に関する。
密度で記録し再生するための記録媒体はディスク、カー
ドまたはテープなどがいるが、ディスク形態が主流であ
る。最近、光ディスク機器分野はレーザーディスク(L
D)、コンパクトディスク(CD)からディジタルビデ
オディスク(DVD)ヘまで製品が開発されて来てい
る。かかる光ディスクは光が入射する軸方向で一定した
厚さを有するプラスチックまたはガラス媒質とその上に
位置して情報が記録される信号記録面より構成される。
密度を高めるために対物レンズの開口数を大きくし、6
35nmまたは650nmの短波長光源を使用すること
によりDVDに記録及び再生でき、かつCDの再生も可
能に開発された。しかし、CDの最近の形態である記録
可能なコンパクトディスク(CD−R)の互換のために
は780nm波長の光を使用すべきである。これはCD
−Rの記録特性によるもので、780nm波長の光と6
50nm波長の光を一つの光ピックアップで全て使用で
きるようにする技術がDVDとCD−Rの互換のために
極めて大事な技術として注目されている。DVDとCD
−Rに互換される既存の光ピックアップを図1に基づき
説明すれば次の通りである。
のレーザーダイオード(LD)と単一対物レンズを使用
する光ピックアップを示す。図1の光ピックアップはD
VD再生時には635nm波長のレーザー波長を使用
し、CD−Rの記録及び再生時には780nm波長のレ
ーザー光を使用する。レーザーダイオードである光源1
から出射された635nm波長の光は視準レンズ2及び
偏光光分割器3を通過した後、干渉フィルタ形プリズム
4に進む。レーザーダイオードである光源11から出射
された780nm波長の光は視準レンズ12、光分割器
13及び集光レンズ14を通過した後、プリズム4に進
む。780nm波長の光はプリズム4で収束され、かか
る構造の光学系を“有限光学系”と言う。プリズム4は
偏光光分割器3により反射された635nm波長の光を
透過させ、集光レンズ14により集光された780nm
波長の光を反射させる。その結果、光源1からの光は視
準レンズ2により平行な形態に1/4波長板5に入射さ
れ、光源11からの光は集光レンズ14及びプリズム4
により発散する形態に1/4波長板5に入射される。1
/4波長板5を透過した光は対物レンズ7に入射する。
VDディスク8の信号記録面に焦点が合うように設計さ
れたもので、光源1から出射された635nm波長の光
をDVDディスク8の信号記録面にフォーカシングさせ
る。従って、DVDディスク8の信号記録面から反射さ
れた光はその信号記録面に記録された情報を収録する。
この反射された光は偏光光分割器3を透過して光学的情
報を検出する光検出器10に入射される。
源11から出射された780nm波長の光を前記対物レ
ンズ7を使用してその厚さが1.2mmであるCD−R
ディスク9の信号記録面にフォーカシングさせれば、D
VDディスク8の厚さとCD−Rディスク9の厚さが相
異なることによる球面収差が発生する。さらに詳しく
は、この球面収差は対物レンズ7についてCD−Rディ
スク9の信号記録面がDVDディスク8の信号記録面よ
り光軸上から遠く離れていることによる。かかる球面収
差を縮めるために集光レンズ14を使用した有限光学系
の構成が求められる。図2と共に後述される可変絞り6
の使用により、780nm波長の光はCD−Rディスク
9の信号記録面に最適化されたサイズの光スポットを形
成し、CD−Rディスク9から反射された780nm波
長の光はプリズム4により反射され、光分割器13によ
り再び反射され光検出器15により検出できるようにな
る。
物レンズ7の直径に一致する開口数(NA)0.6以下
の領域に入って来る光を選択的に透過しうる薄膜形構造
を有する。すなわち、可変絞り6は光軸について開口数
(NA)0.45を基準として635nm波長と780
nm波長の光を全て透過させる領域1と635nm波長
の光を全透過し、780nm波長の光を全反射する領域
2に区分される。領域1は開口数(NA)0.45以下
の領域であり、領域2は領域1の外側の領域に誘電体薄
膜のコーティングにより形成される。前述した領域1は
誘電体薄膜コーティングされた領域2により発生される
光学収差を取り除くために石英(SiO2)薄膜で構成
される。かかる可変絞り6の使用により開口数(NA)
0.45以下の領域1を通過する780nm波長の光は
CD−Rディスク9に適合した光スポットをその信号記
録面に形成する。従って、図1の光ピックアップはDV
Dディスク8からCD−Rディスク9に変更する時最適
の光スポットを有してCD−R互換が可能である。
アップはDVDディスクとCD−Rディスクの互換時に
発生する球面収差を取り除くために780nm波長の光
について有限光学系を構成すべきである。のみならず、
可変絞り6の開口数0.45以上の領域2に形成される
光学薄膜である誘電体薄膜により開口数0.45以下の
領域1と開口数0.45以上の領域2を通過する光間に
光学経路差が発生するので、これを取り除くために領域
1に特別な光学薄膜の形成を必要とした。このため、領
域1に石英コーティングと領域2に多層薄膜をそれぞれ
形成したが、その製造工程が複雑でのみならず薄膜厚さ
の調節をμm単位の精度で行うべきなので、量産に不向
きである問題点があった。
点を解決するために案出されたもので、その目的は位相
板を使用して球面収差を取り除くことによりディジタル
ピデオディスクと記録可能なコンパクトディスクに互換
される光ピックアップ装置を提供することである。
ために、光ピックアップから情報記録面まての距離が相
異なり、情報の記録及び再生のために相異なる波長の光
を使用する少なくとも二種の光記録媒体のための光ピッ
クアップ装置は、相対的に短波長の第1光及ぴ相対的に
長波長の第2光をそれぞれ出射するレーザー光源と、前
記第1光による対物レンズの焦点が対物レンズに近い方
に情報記録面を有する第1光記録媒体の情報記録面の位
置に一致されるようにする既に設定された焦点距離を有
する対物レンズと、光検出手段と、前記レーザー光源か
ら出射される光を前記対物レンズ側に向かうよう前記対
物レンズからの光を前記光検出手段を向かうように光経
路を調節する手段と、前記光経路調節手段と前記対物レ
ンズとの間に位置し、前記光経路調節手段から前記対物
レンズに進む第2光の位相をシフトさせ、前記対物レン
ズにより集光される第2光により対物レンズから遠い側
に情報記録面を有する第2光記録媒体の情報記録面の位
置に形成される光スポットのサイズを縮める位相シフト
手段を含み、使われる光記録媒体により第1光及び第2
光のうち一つを使用する。
明の実施例を詳述する。図3は本発明の望ましい実施例
による光ピックアップの構造を示す。図3を参照すれ
ば、レーザーダイオード光源31が動作する場合、光源
31から発散される形態に出射される650nm波長の
光は第1偏光光分割器32及び第2偏光光分割器33に
より順次に反射及び透過し、透過された光は視準レンズ
34に入射する。レーザーダイオード光源40が動作す
る場合、光源40から発散される形態に出射される78
0nm波長の光は第2偏光光分割器33により反射され
てから視準レンズ34に入射する。視準レンズ34は第
2偏光光分割器33から入射する光を可変絞り35の面
に垂直の光軸に平行に視準させ、視準された光は可変絞
り35により波長選択的に透過される。
35は780nm波長の光及び650nm波長の光の両
方が透過する「領域3」と650nm波長の光のみが透
過する「領域4」を有する。領域4はホログラム構造を
有するもので、このホログラム構造は回折次数が0次で
はない780nm波長の光に対する回折効率が最大にな
るようして回折次数が0次である650nm波長の光に
対する回折効率が100%の回折格子より構成される。
すなわち、650nm波長の光は回折されず透過させ
る。回折格子の溝深さによる0次回折された光の回折効
率を示す図11を参照すれば、溝深さが3.8μmの場
合、“++”が重なった実線で示された650nm波長
の光は100%の回折効率を有し、円が重なった実線で
示された780nmの波長の光は0%の回折効率を有す
る。従って、可変絞り35の領域4は溝深さが3,8μ
mの回折格子に設計される。本発明の実施例では前述し
た領域3と領域4とを区分するために開口数(NA)
0.5を使う。それで、領域3は開口数(NA)0.5
以下の部分となり、領域4は開口数(NA)が0.5よ
り大きい部分となる。従って、本発明の実施例による対
物レンズ37の直径に一致する開口数(NA)0.6以
下の領域を通過する光はその波長により可変絞り35の
領域3と領域4で波長選択的に透過される。図7Bに示
された可変絞りは非対称形のホログラムパターンで構成
されるもので、受光部に向かって進む光によるフィード
バックノイズを防止できる。
後述する位相板部36を通過してから環状遮蔽対物レン
ズ37に入射する。本発明による対物レンズ37はDV
Dディスク8の情報記録面にフォーカシングするよう設
計されている。本発明の位相板部36を使用しなけれ
ば、使用されるディスクがDVDディスク8からCD−
Rディスク9に取り替えられる場合、CD−Rディスク
9の情報記録面に形成される光スポットのサイズは一般
に1.8μm以上となる。しかし、CD−Rディスク9
に使われる光スポットサイズは一般に1.4μmなの
で、1.8μmのスポットサイズを以てはCD−Rディ
スク9に情報を記録または再生できなくなる。
情報を記録または再生できるよう光スポットのサイズを
縮めるために位相板部36を使う。図3に示したよう
に、位相板部36は可変絞り35と対物レンズ37との
間に置かれる。この位相板部36は図4に示したように
可変絞り35の近くの面から内側に凹み、一定した幅と
深さを有する環状溝361を備える。この環状溝361
は食刻や金型を制作して射出やモールディングで制作さ
れたもので、その深さDは次の数式(1)及び(2)に
より決定される。
はλ’(=650nm)とλ(=780nm)における
屈折率をそれぞれ示す。上記の数式1及び2において
m’=3及びm=2の場合、環状溝361の深さDは
3.8μmほどとなる。この深さDは環状溝361を有
する位相板部36は可変絞り35から対物レンズ37に
進む780nm波長の光を180度位相シフトさせ、6
50nm波長の光を360度位相シフトさせる。図10
は位相板部36の環状溝361の深さDにより二種の波
長の位相シフトを示したもので、実線は650nm波長
の光に対する位相シフトを示したものであり、点線は7
80nm波長の光に対する位相シフトを示す。D−3.
8μmにおいて780nm波長の光は180度位相を有
すると共に650nm波長の光は360度位相を有す
る。
nm波長の光は位相板部36を使用しない時に比べて実
際に超解像効果を以て開口を通過することになる。かか
る位相板部36によりCD−Rディスク9の情報記録面
に形成される光スポットサイズはCD−Rディスク9に
対する情報の記録及び再生できるほどに縮まり球面収差
が取り除かれる。
くの表面上の外側に突出した一定した幅と高さの突出部
形態に変形することもできる。かかる変形は位相板の機
能をよく知っている当業者にとって明らかなので具体的
な説明を省く。位相板部36を透過した光が入射する対
物レンズ37は図4に示したように環状遮蔽領域371
を備える。この環状遮蔽領域371は領域3の中を通過
する光の一部を遮蔽させる。したがって、DVDディス
ク8からCD−Rディスク9への取り替えによる球面収
差が縮まる。また、フォーカスサーボ系(図示せず)の
焦点エラー信号に対する感度を増やす。
9の情報記録面から反射した光は対物レンズ37から光
検出レンズ38に進み、光検出レンズ38により光検出
器39に集束される。したがって、図3の装置はDVD
ディスク8及びCD−Rディスク9の両方に対する情報
の記録及び再生が可能になる。
7を一つのユニットで結合した対物レンズ47を示し、
図5はかかる対物レンズ47を備えた光ピックアップの
光学構造を示す。図6の対物レンズ47は可変絞り35
の近くの表面上に内側に凹み一定した幅と深さを有する
環状溝471を備える。かかる環状溝471の刻まれた
対物レンズ47は位相板部36と同様に、780nm波
長の光を180度位相シフトさせ、650nm波長の光
を360度位相シフトさせる。従って、可変絞り35か
ら対物レンズ47に入射する780nm波長の光のうち
環状溝471により回折された光はCD−Rディスク9
に対する球面収差を縮める作用を果たす。かかる環状溝
471によりDVDディスク8からCD−Rディスクに
取り替える際の球面収差が取り除かれ、780nm波長
の光についてCD−Rディスク9に対する情報の記録及
び再生が可能になる程小サイズの光スポットがその情報
記録面に形成される。図5の光ピックアップは、650
nm波長の光のための光源31、光検出レンズ51及び
光検出器53に加えて、780nm波長の光のための光
源491及び光検出器493が一つに結合されたユニッ
ト49を含む。また、図5の光ピックアップはユニット
49の光源491から出る光とその光検出器493に入
射する光のためにホログラム形光分割器48をさらに使
用する。かかる図5の構成及び動作は前述した説明を通
して図3の装置を十分理解できる当業者にとって明らか
なのでその具体的な説明は省く。
る環状溝471を対物レンズ47の表面上に外側に突出
した一定した幅と高さの突出部形態に変形することもで
きる。
つにて結合された構造を示す。図7を参照すれば、開口
数(NA)0.5以下の領域に入っている位相変化領域
は環状を有する。かかる位相シフト領域は前述した位相
板部36と同一な機能を行うのでその具体的な説明は省
く。
スポットサイズとサイドロープの滅少効果を説明するた
めの図である。図8において、aはCD−Rディスクに
DVDのために最適化された既存の方式の光ピックアッ
プを使用する場合であって、この場合CD−Rディスク
の情報記録面に形成されるスポットサイズは1.53μ
mである。bは本発明の光ピックアップ装置を使用する
場合であって、この場合スポットサイズは1.33μm
てある。cは既存のCD専用光ピックアップをCD−R
ディスクに使用する場合であって、そのスポットサイズ
は1.41μmである。図8を通して、本発明の光ピッ
クアップ装置は既存の光ピックアップを使う場合に比べ
てスポットサイズが略80%縮まることがわかり、また
ディスク記録と再生時にサイドロープのサイズが小さけ
れば小さいほど望ましい光特性を有する光ピックアップ
についてサイドロープというスポット周辺の光量も滅る
ことがわかる。図9において本発明による光ピックアッ
プ装置が非点収差方式で光信号を検出する場合、CD−
Rディスク再生時のフォーカスサーボ信号について良好
な特性を有することを相対的に下側に位置したグラフを
通して示す。
状遮蔽対物レンズを含む構成で説明されたが、このうち
位相板のみの使用によりディスクの取り替えによる球面
収差を縮めながらCD−Rディスクに適合した光スポッ
トをその情報記録面に形成しうる。また、可変絞りのみ
の使用でもディスク取り替えによる最適の開口数を設定
する光ピックアップに適用して使用することもできる。
かかるホログラム形可変絞りは既存の薄膜形可変絞りに
代わって適宜で量産性に優れた光ピックアップに適用で
きる。
成される無限光学系に関連して説明されたが、本発明は
光分割器と対物レンズとの間に置かれる視準レンズを取
り除くことにより形成される有限光学系についても同様
に適用できることは当業者にとって明らかである。
クアップ装置は位相板を使用することにより製造工程上
の問題を起こす既存の光学機器を使用せず単一対物レン
ズでDVDディスクとCD−Rディスクの互換される光
ピックアップを制作できる。
ーダイオードと単一の対物レンズを使用する既存の光ピ
ックアップの光学構造を示した図である。
ップの光学構造を示した図である。
た図である。
クアップの光学構造を示した図である。
した図である。
結合された構造を示した図である。
の減少効果を示した図である。
ボ信号の特性を示した図である。
示す図である。
次回折された光の回折効率の変化を示す図である。
Claims (24)
- 【請求項1】 光ピックアップから情報記録面までの距
離が相異なり、情報の記録及び再生のために相異なる波
長の光を使用する少なくとも二種の光記録媒体のための
光ピックアップ装置において、 相対的に短い波長の第1光及び相対的に長い波長の第2
光をそれぞれ出射するレーザー光源と、 前記第1光による対物レンズの焦点が対物レンズに近い
方に情報記録面を有する第1光記録媒体の情報記録面の
位置に一致されるようにする既に設定された焦点距離を
有する対物レンズと、 光検出手段と、 前記レーザー光源から出射される光を前記対物レンズ側
に向かうよう前記対物レンズからの光を前記光検出手段
を向かうように光経路を調節する手段と、 前記光経路調節手段と前記対物レンズとの間に位置し、
前記光経路調節手段から前記対物レンズに進む第2光の
位相をシフトさせ、前記対物レンズにより集光される第
2光により対物レンズから遠い側に情報記録面を有する
第2光記録媒体の情報記録面の位置に形成される光スポ
ットのサイズを縮める位相シフト手段を含み、 使われる光記録媒体により第1光及び第2光のうち一つ
を使用することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 【請求項2】 前記位相シフト手段は前記光経路調節手
段の遠くの面からの厚さが相異なる二つの領域を有する
位相板であ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。 - 【請求項3】 前記位相板が薄い領域は第2光の位相を
シフトさせる部分であり、前記光経路調節手段の近くの
面から内側に凹んだ一定した幅と深さの溝よりなること
を特徴とする請求項2に記載の光ピックアップ装置。 - 【請求項4】 前記位相板が薄い領域は対物レンズの光
軸について同心円をなすことを特徴とする請求項3に記
載の光ピックアップ装置。 - 【請求項5】 前記溝は第1光については360度位相
シフトを起こし、第2光については180度位相シフト
を起こさせる光学的深さを有することを特徴とする請求
項3に記載の光ピックアップ装置。 - 【請求項6】 前記位相板が厚い領域は第2光の位相が
シフトさせる部分であって、前記光経路調節手段の近く
の面から外側に突出した一定した幅と高さの突出部より
なることを特徴とする請求項2に記載の光ピックアップ
装置。 - 【請求項7】 前記位相板が厚い領域は対物レンズの光
軸について同心円をなす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。 - 【請求項8】 前記突出部は第1光については360度
位相シフトを起こし、第2光については180度位相シ
フトを起こさせる光学的高さ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。 - 【請求項9】 前記位相板は食刻、射出及びモールディ
ングのうち一つにより形成されることを特徴とする請求
項2に記載の光ピックアップ装置。 - 【請求項10】 前記位相シフト手段は前記光経路調節
手段の近くの対物レンズの表面上に内側に凹んだ一定し
た幅と深さの溝で食刻され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。 - 【請求項11】 前記位相シフト手段は前記光経路調節
手段の近くの対物レンズの表面上に外側に突出した一定
した幅と高さの突出部形態であ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。 - 【請求項12】 前記位相シフト手段は対物レンズとは
同曲率を有しながら前記光経路調節手段の近くの対物レ
ンズの表面に接合された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。 - 【請求項13】 使用する光記録媒体が他のものに取り
替えられる時毎にそれに適合した光のみを取り替え、そ
の他の構成要素は全てそのまま使用できる小型化された
構造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。 - 【請求項14】 前記レージー光源中の一つと光検出手
段が一つのユニットで構成され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。 - 【請求項15】 前記光経路調節手段と前記位相シフト
手段との間に位置し、前記光経路調節手段から入射する
第1光及び第2光の両方を透過させる第1領域と第2光
のみを透過させる第2領域を有し、前記第1及び第2領
域は前記対物レンズの光軸を同軸にする可変絞り手段を
さらに含む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。 - 【請求項16】 前記可変絞り手段は前記第2領域に回
折格子構造を有することを特徴とする請求項15に記載
の光ピックアップ装置。 - 【請求項17】 前記位相シフト手段と前記可変絞り手
段は前記可変絞り手段の第1領域の内部で前記位相シフ
ト手段が形成される形態に一つのユニットより構成され
ることを特徴とする請求頂15に記載の光ピックアップ
装置。 - 【請求項18】 前記対物レンズは第1領域を通して透
過される光の一部を遮蔽するための少なくとも一つの環
状の遮蔽膜を含むことを特徴とする請求項15に記載の
光ピックアップ装置。 - 【請求項19】 前記位相シフト手段と前記可変絞り手
段は前記可変絞り手段の第1領域の内部で前記位相シフ
ト手段が形成される形態に一つのユニットより構成され
ることを特徴とする請求項18に記載の光ピックアップ
装置。 - 【請求項20】 光ピックアップから情報記録面までの
距離が相異なり、情報の記録及び再生のために相異なる
波長の光を使用する少なくとも二種の光記録媒体のため
の光ピックアップ装置において、 相対的に短い波長の第1光及び相対的に長い波長の第2
光をそれぞれ出射するレーザー光源と、 前記第1光による対物レンズの焦点が対物レンズに近い
方に情報記録面を有する第1光記録媒体の情報記録面の
位置に一致されるようにする既に設定された焦点距離を
有する対物レンズと、 光検出手段と、 前記レーザー光源から出射される光を前記対物レンズ側
に向かうよう前記対物レンズからの光を前記光検出手段
を向かうように光経路を調節する手段と、 前記光経路調節手段と前記対物レンズとの間に位置し、
前記光経路調節手段から入射する第1光及び第2光の両
方を透過させる第1領域と第2光のみを透過させる第2
領域を有し、前記第1及び第2領域は前記対物レンズの
光軸を同軸にする可変絞り手段を含み、 使われる光記録媒体により第1光及び第2光のうち一つ
を使用することを特徴とする光ピックアップ装置。 - 【請求項21】 前記可変絞り手段は前記第2領域に回
折格子構造を有することを特徴とする請求項20に記載
の光ピックアップ装置。 - 【請求項22】 前記対物レンズは第1領域を通して透
過される光の一部を遮蔽するための少なくとも一つの環
状の遮蔽膜を含むことを特徴とする請求項20に記載の
光ピックアップ装置。 - 【請求項23】 前記可変絞り手段と前記対物レンズと
の間に位置し、前記可変絞り手段から前記対物レンズに
進む第2光の位相をシフトさせ、前記対物レンズにより
集光される前記第2光により対物レンズから遠い側に情
報記録面を有する第2光記録媒体の情報記録面の位置に
形成される光スポットのサイズを縮める位相シフト手段
をさらに含むことを特徴とする請求項22に記載の光ピ
ックアップ装置。 - 【請求項24】 前記位相シフト手段と前記可変絞り手
段は前記可変絞り手段の第1領域の内部で前記位相シフ
ト手段が形成される形態に一つのユニットより構成され
ることを特徴とする請求項23に記載の光ピックアップ
装置。
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