(57)【要約】【課題】特性の異なる複数の対物レンズを使用して、異なるトラックピッチの光ディスクを一つの光学系で再生できる光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】ＣＤ−ＲＯＭの再生時には、半導体レーザである光源１から出射された光を回折素子２により３ビームに分割し、さらにビームスプリッタ３により分岐して、対物レンズ５を通して光ディスク７へ集光する。ＤＶＤ−ＲＯＭの再生時には半導体レーザである光源１から出射された光を回折素子２により３ビームに分割し、ビームスプリッタ３を透過させて、その後方に設けられた立ち上げミラー４で反射して対物レンズ６を通して光ディスク８へ集光する。光ディスク７、８で反射された戻り光は、それぞれ受光素子９の受光面上の略同一点に集光させる。【選択図】  図１
2004326989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の波長の光を発する発光素子と、前記発光素子から出射された光を分岐する第１のビームスプリッタと、前記第１のビームスプリッタにより分岐された光を光記録情報媒体の情報面上に集光させるための複数の対物レンズと、前記情報面により反射された光を受光素子に導くための第２のビームスプリッタを備えた光ピックアップ装置において、
前記一の波長の光を用いて、異なるトラックピッチの光情報記録媒体の再生を行なうことを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記発光素子と前記第１のビームスプリッタとの間に、
前記発光素子から出射された光をメインビームと２本のサブビームからなる３ビームに分割する回折素子を設けたことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
第１の光情報記録媒体の再生は、一の波長の光を発する発光素子から出射された光を、発光素子と第１のビームスプリッタとの間に設けられた回折素子によりメインビームと２本のサブビームからなる３ビームに分割し、さらに前記３ビームを前記第１のビームスプリッタにより分岐して、第１の対物レンズにより前記第１の光記録情報媒体の情報面上に集光し、前記情報面で反射された戻り光を前記第１の対物レンズ、前記第１のビームスプリッタを経由して前記第２のビームスプリッタにより前記受光素子の受光面に入射させて光信号を電気信号に変換し、
前記第１の光情報記録媒体と異なるトラックピッチを有する第２の光記録情報媒体の再生は、前記発光素子から出射された光を、前記回折素子により３ビームに分割し、前記第１のビームスプリッタを透過させた後、前記第１のビームスプリッタの後方に設けられた反射手段により、第２の対物レンズに導き、前記第２の対物レンズにより前記第２の光記録情報媒体の情報面上に集光し、前記情報面で反射された戻り光を前記第１の対物レンズ、前記反射手段、前記第１のビームスプリッタを経由して前記第２のビームスプリッタにより前記受光素子の受光面に入射させて光信号を電気信号に変換して行なう光ピックアップ装置であって、
前記第１の対物レンズおよび前記第２の対物レンズはそれぞれ前記発光素子から出射した光が入射する側と前記情報面により反射された光が入射する側とで開口数（ＮＡ）の異なる２焦点レンズであり、
前記第１の光記録情報媒体の情報面により反射された光と、前記第２の光記録情報媒体の情報面により反射された光とが前記受光素子における受光面上の略同一点に集光されることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記第１の対物レンズにおける前記発光素子から出射した光が入射する側と前記第１の光記録情報媒体の情報面により反射された光が入射する側のＮＡをそれぞれＡ１、Ａ２、
前記第２の対物レンズにおける前記発光素子から出射した光が入射する側と前記情報面により反射された光が入射する側のＮＡをそれぞれＢ１、Ｂ２、
前記第１の光記録情報媒体の情報面に集光されたメインビームスポットとサブビームスポットとの間隔をａ、
前記第２の光記録情報媒体の情報面に集光されたメインビームスポットとサブビームスポットとの間隔をｂとすると、
（Ｂ２／Ｂ１）×ｂ＝（Ａ２／Ａ１）×ａ
なる関係が成立することを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
第１の光情報記録媒体の再生は、一の波長の光を発する発光素子から出射された光を、発光素子と第１のビームスプリッタとの間に設けられた回折素子によりメインビームと２本のサブビームからなる３ビームに分割し、さらに前記３ビームを前記第１のビームスプリッタにより分岐して、第１の対物レンズにより前記第１の光記録情報媒体の情報面上に集光し、前記情報面で反射された戻り光を前記第１の対物レンズ、前記第１のビームスプリッタを経由して前記第２のビームスプリッタにより前記受光素子の受光面に入射させて光信号を電気信号に変換し、
前記第１の光情報記録媒体と異なるトラックピッチを有する第２の光記録情報媒体の再生は、前記発光素子から出射された光を、前記回折素子により３ビームに分割し、前記第１のビームスプリッタを透過させた後、前記第１のビームスプリッタの後方に設けられた反射手段により、第２の対物レンズに導き、前記第２の対物レンズにより前記第２の光記録情報媒体の情報面上に集光し、前記情報面で反射された戻り光を前記第１の対物レンズ、前記第１のビームスプリッタを経由して前記第２のビームスプリッタにより前記受光素子の受光面に入射させて光信号を電気信号に変換して行なう光ピックアップ装置であって、
前記第１の対物レンズおよび前記第２の対物レンズはそれぞれ前記発光素子から出射した光が入射する側と前記情報面により反射された光が入射する側とで開口数（ＮＡ）の異なる２焦点レンズであり、
前記受光素子の受光面に入射する前記第１の光記録情報媒体の情報面により反射された光と、前記受光素子の受光面に入射する前記第２の光記録情報媒体の情報面により反射された光とのスポット中心が略一致することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記第１の対物レンズにおける前記発光素子から出射した光が入射する側の焦点距離をＦ１、
前記第１の対物レンズから前記受光素子の受光面までの光路長をＬ１、
前記第２の対物レンズにおける前記発光素子から出射した光が入射する側の焦点距離をＦ２、
前記第２の対物レンズから前記受光素子の受光面までの光路長をＬとすると、
（Ｂ２／Ｂ１）×ｂ＝（Ａ２／Ａ１）×ａ×（Ｌ１×Ｆ２）／（Ｌ２×Ｆ１）
なる関係が成立することを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記発光素子は、最もトラックピッチの小さい光記録情報媒体に対応した波長の光を発することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記第１の対物レンズおよび前記第２の対物レンズと前記第１の光記録情報媒体および前記第２の光記録情報媒体との間に液晶フィルタを設けたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報処理等に用いられる光ピックアップ装置、特に光ディスクの再生に用いられるものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤやＤＶＤ等を一つの光ピックアップ装置で構成するＣＯＭＢＯあるいはＲＡＭＢＯといったマルチドライブの需要が急増している。従来、これらのマルチドライブの光源として別個に設けられた２つの半導体レーザを用いるか、同一基板上に２種類の半導体レーザが形成されたモノリシック二波長レーザを用いていた（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
以上のように構成された光検出装置の従来例を図３および図４に示す。
【０００４】
図３は従来の技術における別個に設けられた２つの発光源を用いた光ピックアップの構成を示した模式図である。本構成では、半導体レーザ１１または１２より出射された光をビームスプリッタ３により同一の有効光路上に導き、２焦点対物レンズ１３により光記録媒体７または８へ集光し、光情報記録媒体（以下、光ディスクという）７または８により反射した光が、２焦点対物レンズ１３を通し回折素子２により分岐され、信号検出用受光素子９により信号光を検出している。
【０００５】
図４は従来の技術におけるモノリシック２波長レーザを用いた光ピックアップの構成を示した模式図である。本構成では、発光源１４により出射された光を、２焦点対物レンズ１３により光ディスク７または８へ集光し、光ディスク７または８により反射した光が、２焦点対物レンズ１３を通し回折素子２により分岐され、信号検出用受光素子９により信号光を検出している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１０５０２７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１０２６７６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来の技術では、２つの光源を同一光路上に導くプリズム等が必要であり、集積化に不利であると同時に、光ピックアップを構成するそれぞれの個別部品の調整が複雑であり、許容公差が小さいという問題点があった。
【０００８】
また、図４に示したモノリシック二波長レーザを用いた従来技術でも、発光点を完全に同一にすることはできないため、光ピックアップを構成するそれぞれの個別部品の調整、とりわけ水平の回転調整を行った場合、それぞれ中心が異なるため、結果として許容公差が小さくなるという問題点があった。
【０００９】
さらに、どちらにも共通した問題として、波長が異なる２種類の光を用いるため各種光学部品による回折、屈折、反射等の光学特性が異なるため、同一受光位置での受光が困難であった。
【００１０】
そこで、本発明の光ピックアップ装置は、上記従来の問題点を解決するために、対物レンズの開口数等の光学系定数および光路長を規定することにより、一つの発光素子を用いて異なるトラックピッチの光情報記録媒体の再生を行なうことが可能な光ピックアップを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の光ピックアップ装置は、一の波長の光を発する発光素子と、前記発光素子から出射された光を分岐する第１のビームスプリッタと、前記第１のビームスプリッタにより分岐された光を光記録情報媒体の情報面上に集光させるための複数の対物レンズと、前記情報面により反射された光を受光素子に導くための第２のビームスプリッタを備えた光ピックアップ装置にであって、前記一の波長の光を用いて、異なるトラックピッチの光情報記録媒体の再生を行なうことを特徴とする。
【００１２】
前記発光素子と前記第１のビームスプリッタとの間に前記発光素子から出射された光をメインビームと２本のサブビームからなる３ビームに分割する回折素子を設けることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の別の光ピックアップ装置は、第１の光情報記録媒体の再生は、一の波長の光を発する発光素子から出射された光を、発光素子と第１のビームスプリッタとの間に設けられた回折素子によりメインビームと２本のサブビームからなる３ビームに分割し、さらに前記３ビームを前記第１のビームスプリッタにより分岐して、第１の対物レンズにより前記第１の光記録情報媒体の情報面上に集光し、前記情報面で反射された戻り光を前記第１の対物レンズ、前記第１のビームスプリッタを経由して前記第２のビームスプリッタにより前記受光素子の受光面に入射させて光信号を電気信号に変換し、前記第１の光情報記録媒体と異なるトラックピッチを有する第２の光記録情報媒体の再生は、前記発光素子から出射された光を、前記回折素子により３ビームに分割し、前記第１のビームスプリッタを透過させた後、前記第１のビームスプリッタの後方に設けられた反射手段により、第２の対物レンズに導き、前記第２の対物レンズにより前記第２の光記録情報媒体の情報面上に集光し、前記情報面で反射された戻り光を前記第１の対物レンズ、前記反射手段、前記第１のビームスプリッタを経由して前記第２のビームスプリッタにより前記受光素子の受光面に入射させて光信号を電気信号に変換して行なう光ピックアップ装置であって、前記第１の対物レンズおよび前記第２の対物レンズはそれぞれ前記発光素子から出射した光が入射する側と前記情報面により反射された光が入射する側とで開口数（ＮＡ）の異なる２焦点レンズであり、前記第１の光記録情報媒体の情報面により反射された光と、前記第２の光記録情報媒体の情報面により反射された光とが前記受光素子における受光面上の略同一点に集光されることを特徴とする。
【００１４】
前記受光素子の受光面に入射する前記第１の光記録情報媒体の情報面により反射された光と、前記受光素子の受光面に入射する前記第２の光記録情報媒体の情報面により反射された光とのスポット中心が略一致してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１および図２を用いて説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における光ピックアップ装置の構成を示した模式図である。本構成において光ディスク７（ＣＤ−ＲＯＭ）を再生する場合について説明する。
【００１７】
光源１として半導体レーザを用い、前記光源１から出射された光は回折素子２により３ビームに分割され、さらにビームスプリッタ３により分岐されて、対物レンズ５を通して光ディスク７（ＣＤ−ＲＯＭ）へ集光される。
【００１８】
光ディスク７の情報面に反射された戻り光は対物レンズ５、ビームスプリッタ３を経由して、信号光検出用ビームスプリッタ１５により分岐され、信号受光用受光素子９に入射する。入射された光信号は受光素子９により電気信号に変換され、ピット情報、トラッキングエラー信号等を検出する。
【００１９】
次に、光ディスク８（ＤＶＤ−ＲＯＭ）を再生する場合について説明する。
【００２０】
光源１として半導体レーザを用い、前記光源１から出射された光は回折素子２により３ビームに分割された後、ビームスプリッタ３を透過してその後方に設けられた立ち上げミラー４で反射されて、対物レンズ６に入射し、対物レンズ６を通して光ディスク８（ＤＶＤ−ＲＯＭ）へ集光される。
【００２１】
光ディスク８の情報面に反射された戻り光は対物レンズ６、立ち上げミラー４、ビームスプリッタ３を経由して、信号光検出用ビームスプリッタ１５により分岐され、信号受光用の受光素子９に入射する。入射された光信号は受光素子９により電気信号に変換され、ピット情報、トラッキングエラー信号等を検出する。
【００２２】
ここで本実施形態における対物レンズの光学定数と光ディスクの情報面上での光スポットサイズとの関係について説明する。
【００２３】
本実施形態のように、光源が一つの波長の光を発する半導体レーザである場合、通常は一つの決まった光スポットサイズしか得られず、ディスクの種類が異なればメインビームをトラック中心に合わせられても、サブビームを適切な位置に合わせられなかったり、また、トラックの幅と光スポットサイズとがマッチングしておらず、情報の読み込みがうまく行えないと言った問題がある。
【００２４】
しかし、本実施形態のように対物レンズのＮＡを設計すれば、異なる種類の光ディスクでもそれぞれに対応した最適スポットサイズを得ることができる。
【００２５】
以下、その詳細を説明する。
【００２６】
光源の波長をλ、レンズの開口数をＮＡとすると、一般的にレンズによって絞られるスポットサイズはλ／ＮＡに比例する。光ディスクの種類、対物レンズの用途をＣＤ−ＲＯＭに固定して考えると、ディスク面上での最適スポットサイズＳＣＤは、レーザ波長７８０ｎｍに対応して最適となるよう設計されたＣＤ−ＲＯＭ用対物レンズのディスク側ＮＡ（＝０．４５）で割った値に比例し、比例係数をｋとすると
ＳＣＤ＝ｋ×（７８０／０．４５）                          ・・・（１）
となる。
【００２７】
光源をＤＶＤ−ＲＯＭ用６５０ｎｍ帯の半導体レーザに変えた場合においても、式（１）で与えられるスポットサイズになるように設定すればよく、実際のＣＤ−ＲＯＭ用対物レンズのディスク側ＮＡ（＝Ａ２）は、
ｋ×（７８０／０．４５）＝ｋ×（６５０／Ａ２）          ・・・（２）
から求められ、Ａ２≒０．３７となる。
【００２８】
ＤＶＤ―ＲＯＭ用対物レンズのディスク側ＮＡ（＝Ｂ２）を０．６に設定すれば、６５０ｎｍ帯のレーザ光をＤＶＤ−ＲＯＭに照射した時、最適スポットサイズとなることは知られており、この場合、対物レンズのディスク側ＮＡはそれぞれＡ２＝０．３７、Ｂ２＝０．６と設定できる。
【００２９】
一般的に、レンズのＮＡを高くすることは技術的に難しく、特にレンズを小型化する場合は顕著である。よって、長い波長の光により再生を行なう対物レンズのＮＡの最適値に合わせて、短い波長の光を集光する他方の対物レンズのＮＡを設計すると、単独で最適設計したＮＡよりも高い値となってしまい、実際に適用するには不利である。よって、装置の用途の中で最もトラックピッチの小さい光情報記録媒体に対応した対物レンズのＮＡを基準として、他方の対物レンズのＮＡを設計することが望ましい。
【００３０】
次に、対物レンズの光学定数と３ビームに分割された出射光におけるメインビームとサブビームの間隔について説明する。
【００３１】
ＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−ＲＯＭの再生において、それぞれ光学素子２により３ビームに分割されたメインビームおよびサブビームが、ディスク面で反射されて対物レンズにより戻り光となる際、集光された戻り光が同じ実効焦点距離を持つ、すなわち同じ点で焦点を結ぶようにするには、ディスク面上に照射されたメインビームとサブビームとの間隔が受光面上の間隔に対し、光学倍率と等しくなるようにすればよい。
【００３２】
ディスク面上に照射されたメインビームとサブビームとの間隔をＤＶＤ側でａ、ＣＤ側でｂとし、対物レンズの発光点側ＮＡをＤＶＤ用とＣＤ用とでそれぞれＡ１、Ｂ１とすると、
（０．６／Ａ１）×ａ＝（０．３７／Ｂ１）×ｂ              ・・・（３）
が成り立つ。Ａ１として一般的に０．１が選ばれるから、
Ｂ１＝（０．３７／６）×（ｂ／ａ）≒０．０６２×（ｂ／ａ）・・・（４）
となるようにＣＤ側対物レンズの発光点側ＮＡを設定すれば、７８０ｎｍ帯、６５０ｎｍ帯いずれのレーザ光の反射戻り光も同じ集光点を持つこととなる。かつ集光点でのスポットサイズはＣＤ≒１．６、ＤＶＤ≒０．８であるから、その集光点上に来るように信号検出用受光素子の受光面を配置することにより、信号検出用受光素子の共通化が図れ、装置の集積化が可能となる。また、発光点が同一であるから、光ピックアップを構成する光学部品の組立の許容公差を大きくでき、光ピックアップを集積化する事ができる。
【００３３】
この場合においても、波長の短いＤＶＤ用対物レンズの発光点側ＮＡを基準としたのは、ディスク側ＮＡの場合と同じ理由による。
【００３４】
また、集光点上に受光面を設定できない場合でも、受光面上でのスポット中心位置は同じになるように設計すれば、受光面上で最大スポットサイズになる光に合わせて受光素子のサイズを変えたり、それぞれのスポットサイズに対して、受光面の分割を設定することにより、上記の場合と同様に信号検出用受光素子の共通化が図れ、装置の集積化が可能となる。
【００３５】
実際には次のようにＤＶＤ−ＲＯＭ用レンズから受光面までの光路長をＬ１、発光点側焦点距離をＦ１、ＣＤ−ＲＯＭ用レンズから受光面までの光路長をＬ２、発光点側焦点距離をＦ２とした場合に、式（４）を適用して
Ｂ１≒０．０６２×（ｂ／ａ）×（Ｌ２×Ｆ１）／（Ｌ１×Ｆ２）・・（５）
となるようにＣＤ−ＲＯＭ用レンズの発光点側ＮＡの値Ｂ１を設定すればよい。
【００３６】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態における光ピックアップ装置の構成を示した模式図であり、図１の構成に対して、液晶フィルタ１０を挿入した構成を示したものである。
【００３７】
液晶フィルタ１０に電界を加えることにより、特別に対物レンズの移動機構を設けなくとも用途に応じて対物レンズを選択することができ、装置のさらなる小型化が図れる。また、液晶フィルタのＯＮ／ＯＦＦ信号と光ディスク装置におけるディスク識別信号とを照合させてから、再生を行なうようにすれば、装置の誤動作等を低減でき、信頼性も向上する。
【００３８】
また、波長選択フィルタを対物レンズと光ディスクとの間に設けることにより、迷光を除去することもできる。たとえば、半導体レーザからの出射光が対物レンズの外に拡がった場合には迷光となるが、波長選択フィルタを用いていれば、このような光が光ディスクに入ることはない。
【００３９】
なお、第１および第２の実施形態において、受光素子に反射戻り光を導く信号分岐用ビームスプリッタとしてホログラム素子を用いれば、発光素子と受光素子を同一の基板面上に配置する事が可能であり、さらなる装置の集積化が可能である。
【００４０】
また、ビームスプリッタをホログラム素子とした場合、回折素子２と一体化して形成してもよい。例えば、一面に出射光を３ビームに分割する回折素子を設け、対向する別の面に上記ホログラムを形成した透光性部品とすれば、部品点数の削減、装置の小型化が図れる。
【００４１】
なお、第１および第２の実施形態において、ＤＶＤ−ＲＯＭの再生時に、立ち上げミラー４により半導体レーザ１２からの出射光を反射させて光ディスク８の情報面に入射させたが、出射光を反射するのに別のビームスプリッタやプリズムなどを用いてもよい。
【００４２】
なお、第１および第２の実施形態において、対物レンズをさらに増やしてさらにトラックピッチの異なる光ディスク、例えば、ＣＤ、ＤＶＤと青色半導体レーザに対応した光ディスクとを一つの光ピックアップ装置で再生することも可能である。
【００４３】
この場合は、最も波長の短い青色レーザ（波長：４００ｎｍ）に対応した対物レンズのＮＡを発光点側でＣ１、ディスク側でＣ２として基準として、
ｋ×（７８０／０．４５）＝ｋ×（４００／Ａ２）            ・・・（６）
ｋ×（６５０／０．６）＝ｋ×（４００／Ｂ２）              ・・・（７）
を満たすようにＡ２、Ｂ２を決め、さらに青色レーザにおけるメインビームとサブビームの間隔をｃとして、
（Ｃ２／Ｃ１）×ｃ＝（Ｂ２／Ｂ１）×ｂ＝（Ａ２／Ａ１）×ａ・・・（８）
を満たすようにＡ１、Ｂ１を設定すればよい。
【００４４】
受光面でのスポット中心を合わせる場合も、式（５）と同様に、青色レーザに対応した対物レンズにおける出射光が入射する側の焦点距離をＦ３、対物レンズから受光素子の受光面までの光路長をＬ３とすると、
2004326989.tif 000003
とすればよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光ピックアップ装置によれば、異なるトラックピッチの光ディスクを、対物レンズの光学定数等を規定して、一つの半導体レーザ、一つの光学系で再生する構成としたことにより、光ピックアップを構成する光学部品の組立の許容公差を大きくできるため、光ピックアップを集積化する事ができるとともに受光素子の受光面上での焦点も揃えられるため、受光素子も共通化でき、さらなる装置の小型化が図れる。
【００４６】
さらに、上記構成の光ピックアップ装置の対物レンズと光ディスクの間に液晶波長選択フィルタを挿入し電界を印加する事により、用いるレンズのみを選択的に使用し光記録媒体に入射し、光記録媒体を再生することが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における光ピックアップ装置の構成を示した模式図
【図２】本発明の第２の実施形態における光ピックアップ装置の構成を示した模式図
【図３】従来の技術における光学装置の光ピックアップ装置の一例を示す図
【図４】従来の技術における光学装置の光ピックアップ装置の別の一例を示す図
【符号の説明】
１  光源（半導体レーザ）
２  回折素子
３  ビームスプリッタ
４  立ち上げミラー
５  対物レンズ（ＣＤ−ＲＯＭ再生用）
６  対物レンズ（ＤＶＤ−ＲＯＭ再生用）
７  光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ）
８  光ディスク（ＤＶＤ−ＲＯＭ）
９  受光素子（信号検出用）
１０  液晶フィルタ
１１  ７８０ｎｍ帯半導体レーザ
１２  ６５０ｎｍ帯半導体レーザ
１３  ２焦点対物レンズ
１４  モノリシック二波長レーザ
１５  ビームスプリッタ（信号検出用）
【図１】
2004326989.tif 000004
【図２】
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【図３】
2004326989.tif 000006
【図４】
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