(57)【要約】【課題】例えば高密度ＤＶＤと従来のＤＶＤ、ＣＤの全てに対して適切に情報の記録及び／再生を行える光ピックアップ装置及び対物レンズを提供する。【解決手段】第１半導体レーザ１０１から出射された光束は、対物レンズ（１１１，１１２）に入射する際には平行光束とすることができ、それにより温度変化や半導体レーザに特有のモードホッピング現象（光源波長のふらつき）が生じても、それに起因した収差劣化を補正しやすいという利点がある。一方、第２半導体レーザ２０１から出射された光束は、第１半導体レーザ１０１から出射された光束と同じ光路をたどりながらも、光源波長差に基づく回折素子１０８の回折効果により、対物レンズ（１１１，１１２）に入射する際には発散光束とでき、それにより球面収差補正をしやすいという利点がある。【選択図】      図１
2004259415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ１の第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源と、対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第１光源からの光束を、厚さｔ１の保護層を介して第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、又、前記第２光源からの光束を、厚さｔ２の保護層を介して第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第３光源からの光束を、厚さｔ３（ｔ１＜ｔ３且つｔ２＜ｔ３）の保護層を介して第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、
前記対物レンズは、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び／又は再生を行う際に、前記第１光源、前記第２光源、及び前記第３光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした内側領域と、前記第１光情報記録媒体及び前記第２光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び／又は再生を行う際に、前記第１光源及び前記第２光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした中間領域と、前記第１光情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う際に、前記第１光源から照射された光束が通過して該情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした外側領域とを有し、
更に、前記第１光源に対向して配置され、前記第１光源から出射された光束の発散角を変える第１カップリング素子と、
前記第２光源に対向して配置され、前記第２光源から出射された光束の発散角を変える第２カップリング素子と、
前記第１カップリング素子から出射された光束の光軸と、前記第２カップリング素子から出射された光束の光軸とを一致させて出射する第１ビームスプリッタと、
前記第１ビームスプリッタから出射された光束に、前記第３光源から出射された光束の光軸を一致させて出射する第２ビームスプリッタと、
前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタとの間に配置され、前記第１光源から出射された光束の発散角を変えることなく、前記第２光源から出射された光束の発散角を大きくする回折素子と、を有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタとの間に、入射された光束の径を拡大して出射するビームエキスパンダー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３】
前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタとの間に、ビーム整形素子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置及びそれに用いられる光学素子に関し、特に、光源波長の異なる３つの光源から出射される光束を用いて、３つの異なる光情報記録媒体に対して、それぞれ情報の記録及び／又は再生が可能な光ピックアップ装置及びそれに用いられる対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長４００ｎｍ程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録／再生を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、ＮＡ０．８５、光源波長４０５ｎｍの仕様で情報記録／再生を行う光ディスク（以下、本明細書ではかかる光ディスクを「高密度ＤＶＤ」と呼ぶ）では、ＤＶＤ（ＮＡ０．６、光源波長６５０ｎｍ、記憶容量４、７ＧＢ）と同じ大きさである直径１２ｃｍの光ディスクに対して、１面あたり２０〜３０ＧＢの情報の記録が可能である。
【０００３】
ところで、このような高密度ＤＶＤに対して適切に情報を記録／再生できるというだけでは、光ピックアップ装置の製品としての価値は十分なものとはいえない。現在において、多種多様な情報を記録したＤＶＤやＣＤが販売されている現実をふまえると、高密度ＤＶＤに対して適切に情報を記録／再生できるだけでは足らず、例えばユーザーが所有している従来のＤＶＤ或いはＣＤに対しても同様に適切に情報を記録／再生できるようにすることが、互換タイプの光ピックアップ装置として製品の価値を高めることに通じるのである。このような背景から、互換タイプの光ピックアップ装置に用いる集光光学系は、高密度ＤＶＤ、従来タイプのＤＶＤ、ＣＤいずれに対しても、適切に情報を記録／再生できるようにすることが望まれている。このような互換タイプの光ピックアップ装置の例は、例えば以下の特許文献１に記載されている。
【特許文献１】
特開２００１−４３５５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ＣＤ、ＤＶＤ、及び高密度ＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う場合、一般的には異なる波長の光源を使用する必要がある。しかるに、高密度ＤＶＤに対して情報の記録及び／又は再生を行う際に用いる短波長の光源は、光学素子の温度変化に起因する屈折率変化や光源波長のふらつきなどに対して集光光学系の許容差が厳しいという問題がある。ところが、高密度ＤＶＤに対して好適な特性の集光光学系を設計すると、ＣＤ及びＤＶＤに対して十分な光学特性を持たせることが困難となるという問題がある。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みて成されたものであり、例えば高密度ＤＶＤと従来のＤＶＤ、ＣＤの全てに対して適切に情報の記録及び／再生を行える光ピックアップ装置及び対物レンズを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光ピックアップ装置は、波長λ１の第１光源と、波長λ２（λ１＜λ２）の第２光源と、波長λ３（λ２＜λ３）の第３光源と、対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第１光源からの光束を、厚さｔ１の保護層を介して第１光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、又、前記第２光源からの光束を、厚さｔ２の保護層を介して第２光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっており、更に前記第３光源からの光束を、厚さｔ３（ｔ１＜ｔ３且つｔ２＜ｔ３）の保護層を介して第３光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び／又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、
前記対物レンズは、前記第１光情報記録媒体、前記第２光情報記録媒体及び前記第３光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び／又は再生を行う際に、前記第１光源、前記第２光源、及び前記第３光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした内側領域と、前記第１光情報記録媒体及び前記第２光情報記録媒体に対してそれぞれ記録及び／又は再生を行う際に、前記第１光源及び前記第２光源からそれぞれ照射された光束が共通して通過して各情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした中間領域と、前記第１光情報記録媒体に対して記録及び／又は再生を行う際に、前記第１光源から照射された光束が通過して該情報記録面に集光スポットを形成するようになっている光軸を中心とした外側領域とを有し、
更に、前記第１光源に対向して配置され、前記第１光源から出射された光束の発散角を変える第１カップリング素子と、
前記第２光源に対向して配置され、前記第２光源から出射された光束の発散角を変える第２カップリング素子と、
前記第１カップリング素子から出射された光束の光軸と、前記第２カップリング素子から出射された光束の光軸とを一致させて出射する第１ビームスプリッタと、
前記第１ビームスプリッタから出射された光束に、前記第３光源から出射された光束の光軸を一致させて出射する第２ビームスプリッタと、
前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタとの間に配置され、前記第１光源から出射された光束の発散角を変えることなく、前記第２光源から出射された光束の発散角を大きくする回折素子と、を有することを特徴とする。本発明によれば、前記第１光源から出射された光束は、前記対物レンズに入射する際には平行光束とすることができ、それにより温度変化や半導体レーザに特有のモードホッピング現象（光源波長のふらつき）が生じても、それに起因した収差劣化を補正しやすいという利点がある。一方、前記第２光源から出射された光束は、前記第１光源から出射された光束と同じ光路をたどりながらも、光源波長差に基づく前記回折素子の回折効果により、前記対物レンズに入射する際には発散光束とでき、それにより球面収差補正をしやすいという利点がある。
【０００７】
請求項２に記載の光ピックアップ装置は、請求項１に記載の発明において、前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタとの間に、入射された光束の径を拡大して出射するビームエキスパンダーを有することを特徴とするので、例えば情報記録面を２層に有するタイプの光情報記録媒体に対応できる。
【０００８】
請求項３に記載の光ピックアップ装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１ビームスプリッタと前記第２ビームスプリッタとの間に、ビーム整形素子を有することを特徴とするので、光軸直交方向断面が非円形の光束を出射する光源でも用いることができる。前記第１光束と前記第２光束は、波長は異なるが発散角は、おのおのθ１＝８〜１１度、θ２＝１８〜２４度であるので、共通のビーム整形素子を用いることで構成を簡略化できる。
【０００９】
請求項４に記載の対物レンズは、請求項１乃至３のいずれかに記載の光ピックアップ装置に用いられることを特徴とする。
【００１０】
尚、前記第１光情報記録媒体の保護層の厚さｔ１と、前記第２光情報記録媒体の保護層の厚さｔ２とが等しい場合には、前記第１光源から出射された光束と、前記第２光源から出射された光束が、ともに平行光束の状態で前記対物レンズに入射するようにしたり、また前記第１光源から出射された光束と、前記第２光源から出射された光束が共通して通過する光路内に、ビーム整形素子と球面収差補正素子とを配置すると望ましい。
【００１１】
本明細書中において、対物レンズとは、狭義には光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、広義にはそのレンズと共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズを指すものとする。従って、本明細書中において、光学素子の光情報記録媒体側（像側）の開口数ＮＡとは、光学素子の最も光情報記録媒体側に位置する面の開口数ＮＡを指すものである。また、本明細書中では必要開口数ＮＡは、それぞれの光情報記録媒体の規格で規定されている開口数、あるいはそれぞれの光情報記録媒体に対して、使用する光源の波長に応じ、情報の記録または再生をするために必要なスポット径を得ることができる回折限界性能の対物レンズの開口数を示すものとする。
【００１２】
前記対物レンズの前記内側領域と、前記中間領域と、前記外側領域の区別に関しては、前記中間領域と前記外側領域に回折構造、ＮＰＳ（Ｎｏｎ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｓｕｒｆａｃｅ）構造等を設けて、前記中間領域を通過した波長λ３の光束についてはフレア化し、前記外側領域を通過した波長λ２の光束及び波長λ３の光束についてはフレア化することの他、前記対物レンズ又はその他の光学素子に波長選択性のあるダイクロイックコート等を被覆することで、前記中間領域及び外側領域における波長λ３の光束の透過を阻止し、前記外側領域における波長λ２の光束の透過を阻止することなどで規定されてよい。ここで「フレア化する」とは、前記第１、第２又は第３光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生時に、それぞれの波面収差が０．０７λ１ｒｍｓ、０．０７λ２ｒｍｓ又は０．０７λ３ｒｍｓ以上になることをいう。又、回折構造を用いる場合、前記第１、第２及び第３光情報記録媒体に対する情報の記録又は再生時に、少なくとも１つの光情報記録媒体に対して異なる次数の回折光を用いることも含む。
【００１３】
本明細書中において、第１光情報記録媒体とは、例えば、高密度ＤＶＤ系の光ディスクをいい、第２光情報記録媒体とは、再生専用に用いるＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏの他、再生／記録を兼ねるＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ等の各種ＤＶＤ系の光ディスクを含むものである。又、第３光情報記録媒体とは、ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ等のＣＤ系の光ディスクをいう。尚、第１光情報記録媒体の保護層の厚さｔ１と、第２光情報記録媒体の保護層の厚さｔ２とは、ｔ１＝ｔ２であってもよく、ｔ１＜ｔ２であってもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。図１は、高密度ＤＶＤ（第１の光ディスクともいう）、従来のＤＶＤ（第２の光ディスクともいう）及びＣＤ（第３の光ディスクともいう）の全てに対して情報の記録／再生を行える、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略断面図である。
【００１５】
図１において、第１光源としての第１半導体レーザ１０１（波長λ１＝３８０ｎｍ〜４５０ｎｍ）から出射された光束は、コリメータ（第１カップリング素子）１０２で発散角を変更されて平行光束とされた後、第１ビームスプリッタ１０３を通過し、光学素子１０４，１０５とを有するビームエキスパンダーに入射する。少なくとも一方（好ましくは光学素子１０４）が光軸方向に可動のビームエキスパンダー（１０４，１０５）は、平行光束の光束径を変更（ここでは拡大）する機能を有する。尚、ここにビームエキスパンダーを設けたのは、球面収差補正機能を持たせるほか、例えば高密度ＤＶＤが情報記録面を２層に有しているタイプの場合、光学素子１０４を光軸方向に移動させることで、情報記録面の選択を行えるようにするためでもある。尚、第１ビームスプリッタ１０３は、コリメータ１０２及び後述するコリメータ２０２から出射した光束の光軸を一致させて出射する機能を有する。
【００１６】
ビームエキスパンダー（１０４，１０５）を透過した光束は、ビームシェイパーであるビーム整形素子（１０６Ａ、１０６Ｂ）でビーム形状を補正され、偏光ビームスプリッタ１０７を通過して、回折素子１０８に入射する。回折素子１０８は、波長λ１の光束については発散角又は収束角を変更しないので、入射した平行光束は、回折素子１０８よりそのまま出射され、更に第２ビームスプリッタ１０９を透過し、１／４波長板１１０を通過し、平行光束の状態で２つの光学素子１１１，１１２からなる対物レンズにおける内側領域と中間領域と外側領域の全てを通過して、第１の光ディスク１１５の保護層（厚さｔ１＝０．１ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。尚、第２ビームスプリッタ１０９は、第１ビームスプリッタ１０３から出射した第１半導体レーザ２０２及び第２半導体レーザ２０１からの光束に、後述する第３半導体レーザ３０１から出射された光束の光軸を一致させて出射する機能を有する。
【００１７】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ（１１２，１１１）、１／４波長板１１０、第２ビームスプリッタ１０９，回折素子１０８を透過して、偏光ビームスプリッタ１０７で反射され、センサレンズ１１６を透過し、シリンドリカルレンズ１１７で非点収差が与えられ、光検出器１１８の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第１の光ディスク１１５に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００１８】
また、光検出器１１８上でのスポットの形状変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１２０が第１半導体レーザ１０１からの光束を第１の光ディスク１１５の情報記録面上に結像するように対物レンズ（１１１，１１２）を一体で移動させるようになっている。
【００１９】
一方、図１において、第２光源としての第２半導体レーザ２０１（波長λ２＝６００ｎｍ〜７００ｎｍ）から出射された光束は、コリメータ（第２カップリング素子）２０２で発散角を変更されて平行光束とされた後、第１半導体レーザ１０１の光束と軸線が一致するようにして第１ビームスプリッタ１０３で反射され、ビームエキスパンダー（１０４，１０５）を透過し、ビームシェイパーであるビーム整形素子（１０６Ａ、１０６Ｂ）でビーム形状を補正され、偏光ビームスプリッタ１０７を通過して、回折素子１０８に入射する。回折素子１０８は、波長λ２の光束については発散角を増大するように機能するので、入射した平行光束は、回折素子１０８より若干の発散角を有する発散光束として出射され、更に第２ビームスプリッタ１０９を透過し、１／４波長板１１０を通過し、発散光束の状態で２つの光学素子１１１，１１２からなる対物レンズにおける内側領域と中間領域を通過して、第２の光ディスク１１５’の保護層（厚さｔ１＝０．６ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。尚、本来的に発散光束である第２半導体レーザ２０１の光束をコリメータ２０２で平行光束とするのは、ビームシェイパー（１０６Ａ、１０６Ｂ）によるビーム形状補正を確実に行わせるためである。
【００２０】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ（１１２，１１１）、１／４波長板１１０、第２ビームスプリッタ１０９，回折素子１０８を透過して、偏光ビームスプリッタ１０７で反射され、センサレンズ１１６を透過し、シリンドリカルレンズ１１７で非点収差が与えられ、光検出器１１８の受光面に入射するので、その出力信号を用いて、第１の光ディスク１１５に情報記録された情報の読み取り信号が得られる。
【００２１】
また、光検出器１１８上でのスポットの形状変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１２０が第２半導体レーザ２０１からの光束を第２の光ディスク１１５’の情報記録面上に結像するように対物レンズ（１１１，１１２）を一体で移動させるようになっている。
【００２２】
更に、図３において、第３光源として、ホログラム素子及び受光素子を一体パッケージとした第３半導体レーザ３０１（波長λ３＝７７０ｎｍ〜８３０ｎｍ）から出射された光束は、第２ビームスプリッタ１０９で反射され、１／４波長板１１０を通過し、発散光束の状態で２つの光学素子１１１，１１２からなる対物レンズにおける内側領域のみを通過して、第３の光ディスク１１５”の保護層（厚さｔ３＝１．２ｍｍ）を介してその情報記録面に集光されここに集光スポットを形成する。
【００２３】
そして情報記録面で情報ピットにより変調されて反射した光束は、再び対物レンズ（１１２，１１１）、１／４波長板１１０を通過し、第２ビームスプリッタ１０９で反射されて、元の第３半導体レーザ３０１へと戻る。この第３半導体レーザ３０１は、ホログラム素子及び受光素子（不図示）が一体パッケージとして組み込まれており、戻ってきた光束はホログラムで回折され、受光素子へ入射し、その出力信号を用いて第３の光ディスク１１５”の情報の読み取り信号が得られる。
【００２４】
また、受光素子上でのスポットの形状変化、位置変化による光量変化を検出して、合焦検出やトラック検出を行う。この検出に基づいて２次元アクチュエータ１２０が第３半導体レーザ３０１からの光束を第３の光ディスク１１５”の情報記録面上に結像するように対物レンズ（１１３，１１４）を一体で移動させるようになっている。
【００２５】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、第１半導体レーザ１０１と第２半導体レーザ２０１とを入れ替えてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば高密度ＤＶＤと従来のＤＶＤ、ＣＤの全てに対して適切に情報の記録及び／再生を行える光ピックアップ装置及び対物レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１０１  第１半導体レーザ
１０２  第１コリメータ
１０３  第１ビームスプリッタ
１０４，１０５  ビームエキスパンダー
１０６，１０７  ビームシェイパー
１０８  回折素子
１０９  第２ビームスプリッタ
１１１，１１２  対物レンズ
１１５，１１５’、１１５”  光ディスク
２０１  第２半導体レーザ
２０２  第２コリメータ
３０１  第３半導体レーザ
【図１】
2004259415.tif 000003