(57)【要約】【課題】この発明は、ＣＤ系の光利用効率を確保できず、光学部品の数が多く、光学部品の製造精度が厳しく、ワーキングディスタンスが非常に狭くなってしまうという課題を解決しようとするものである。【解決手段】この発明は、光源からの波長λ１、λ２、λ３の光束に対する対物レンズの開口数をそれぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とし、各波長λ１、λ２、λ３の光束で記録再生を行う光情報記録媒体の光透過層厚をそれぞれｔ１、ｔ２，ｔ３とした場合、ＮＡ１≒ＮＡ２＞ＮＡ３、ｔ１＝ｔ２＜ｔ３としたものである。【選択図】　図１
2004103145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光束を出射する光源からの光束を対物レンズにより光情報記録媒体上に集光し、この光情報記録媒体による反射光を光検出器にて検出して情報の記録再生を行う光ピックアップにおいて、前記λ１、λ２、λ３の光束に対する前記対物レンズの開口数をそれぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とし、前記λ１、λ２、λ３の各光束に対する前記光情報記録媒体の光透過層厚をそれぞれｔ１、ｔ２，ｔ３とした場合、
ＮＡ１≒ＮＡ２＞ＮＡ３、
ｔ１＝ｔ２＜ｔ３
としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
請求項１記載の光ピックアップにおいて、前記光源からの前記λ１、λ２、λ３の光束を１つの前記対物レンズにより前記光情報記録媒体上に集光し、
前記λ１、λ２、λ３の光束のうち波長の短い方の２つの前記λ１，λ２の光束を出射する光源と、
前記光情報記録媒体による前記λ１、λ２の反射光を検出する少なくとも１つの光検出器と、
前記λ１、λ２の光束を出射する光源の出射光の光路と前記光情報記録媒体の前記λ１、λ２の反射光の光路とを分離する少なくとも１つの光路分離素子と
を一体に構成して２波長一体型受発光素子としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
請求項１または２記載の光ピックアップにおいて、前記対物レンズは前記λ１の光束に対して前記光情報記録媒体上の集光スポットを回折限界まで絞ることを特徴とするの光ピックアップ。
【請求項４】
請求項２または３記載の光ピックアップにおいて、前記２波長一体型受発光素子と前記対物レンズとの間に前記光源からの光束を略平行光にする集光レンズを配設して前記λ２、λ３用の光学系を無限光学系としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ピックアップにおいて、前記対物レンズに入射する光束は、前記λ１の光束よりも前記λ２の光束の方が発散角が広いことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項６】
請求項５記載の光ピックアップにおいて、前記２波長一体型受発光素子を構成している前記λ２の光束を出射する光源の発光点は前記対物レンズの光軸に沿って前記λ１の光束を出射する光源の発光点よりも前記対物レンズに近い位置に配設されていることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項７】
請求項５記載の光ピックアップにおいて、前記２波長一体型受発光素子を構成している前記λ１、λ２の光束を出射する２つの光源の発光点は前記対物レンズの光軸に垂直な面内の略同一直線上に配設し、前記２つの光源の発光点と前記２つの光源の発光点からの発散光が重なり合う位置との間であって前記λ１の光束を出射する光源の発光点の直前に集光レンズを配設し、若しくは前記λ２の光束を出射する光源の発光点の直前に発散レンズを配設したことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光ピックアップにおいて、前記λ１、λ２、λ３の光束のうち最も長い波長λ３の光束を出射する光源と、前記光情報記録媒体による前記λ３の反射光を検出する光検出器と、前記λ３の光束を出射する光源の出射光の光路と前記光情報記録媒体の反射光の光路とを分離する光路分離素子とを一体に構成して一体型受発光素子としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の光ピックアップにおいて、前記λ３の光束を出射する光源からの光束を前記対物レンズに発散光で入射させて前記λ３の光学系を有限光学系としたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の光ピックアップにおいて、前記λ１、λ２、λ３がそれぞれ３９０ｎｍ＜λ１＜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ＜λ２＜６８０ｎｍ、７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍであり、前記λ１、λ２、λ３の各光束に対する前記対物レンズの開口数ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３がＮＡ１＝ＮＡ２≒０．６５、ＮＡ３≒０．５であり、前記λ１、λ２、λ３の各光束に対する前記光情報記録媒体の光透過層厚　ｔ１，ｔ２，ｔ３がｔ１＝ｔ２≒０．６ｍｍ、ｔ３≒１．２ｍｍであることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光ピックアップを備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光情報記録媒体に対して情報の記録再生を行う光ピックアップ及び光情報記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光情報記録媒体としての光ディスクは、記録型ＣＤ（ＣＤ―Ｒ／ＲＷ）の普及に続いて記録型ＤＶＤ（ＤＶＤ＋Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ―Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ―ＲＡＭ）が開発され、その市場を拡げつつある。ＣＤの記録容量の約７倍近い記録容量をもつ記録型ＤＶＤの普及に伴い、１つの光ディスクドライブ装置でＣＤとＤＶＤの双方の情報記録に対応できる装置も開発されてきている。
【０００３】
また、光ディスクの情報記録密度は光源の出射する光の波長を短くすることでより高密度にすることが可能であるため、最近ではＤＶＤの光源で用いられている６５０ｎｍ前後の波長よりも短い４０５ｎｍ前後の発振波長を持つ青色レーザを用いた光ディスク装置の開発が盛んに行われている。そして、青色レーザを用いた光ディスク装置でも、ＤＶＤ及びＣＤでの情報の記録ないしは再生を行えるようにした３波長互換型光ディスク装置ならびに光ピックアップが提案されている。
【０００４】
図１３は、特許文献１の図９及びその説明文にて開示されている３波長互換型光ピックアップの概略構成図である。３波長互換型光ピックアップでは、青色レーザ用一体型受発光素子１、ＤＶＤ用一体型受発光素子２及びＣＤ用一体型受発光素子３から出射された光は、それぞれコリメートレンズ４〜６により平行光となった後、偏光性ホログラム７〜９を透過し、波長板１０〜１２により４分の１波長の位相変調がかけられて円偏光に変換される。
【０００５】
波長板１０からの波長４０５ｎｍの青色光は波長選択用ビームスプリッタ１３、１４を透過する。波長板１１からの波長６５０ｎｍの赤色光は、波長選択用ビームスプリッタ１３で反射された後に波長選択用ビームスプリッタ１４を透過する。波長板１２からの波長７９０ｎｍの近赤外光は、波長選択用ビームスプリッタ１４で反射される。これにより、３つの光は、同一光軸上を伝搬するように合成される。この合成された光は、対物レンズ１５によって光ディスク１６上に集光される。
【０００６】
光ディスク１６からの各波長の反射光は、それぞれ往路と同じ光路を通るが、波長板１０〜１２により偏光方向が往路に対して復路で９０度回転される。その後、光ディスク１６からの各波長の反射光は、偏光性ホログラム７〜９により回折され、一体型受発光素子１〜３の多分割フォトディテクタにより受光される。
【０００７】
特許文献２には、ＤＶＤ用とＣＤ用の各光源及び受光素子を一体に構成した光ピックアップが記載されている。この光ピックアップは、図１４に示すように、６５０ｎｍ帯で発光する半導体レーザ１７と、７８０ｎｍ帯で発光する半導体レーザ１８が近接配置され、トラッキング制御用の３ビームを生じさせる３ビーム用回折格子１９と、半導体レーザ１７の光のみを回折するホログラム素子２０と、半導体レーザ１８の光のみを回折するホログラム素子２１と、コリメータレンズ２２と、対物レンズ２３と、受光素子２４とを備えている。回折格子１９は透明基板２５の下側に形成され、透明基板２５の上側にホログラム素子２１が形成されている。ホログラム素子２０は別の透明基板２６の上側に形成されている。レーザパッケージ２７のレーザ出射面には透明基板２５が調整固定され、その上に透明基板２６が調整固定されて２波長一体型受発光素子が形成される。
【０００８】
半導体レーザ１７から出射した光は、回折格子１９、ホログラム素子２１及びホログラム素子２０を透過し、コリメートレンズ２２で平行光にされた後、対物レンズ２３で光ディスク２８上に集光される。光ディスク２８からの反射光は対物レンズ２３、コリメートレンズ２２を通り、ホログラム素子２０で回折されて受光素子２４上に導かれる。
【０００９】
また、半導体レーザ１８から出射した光は、回折格子１９で３ビームに分離され、ホログラム素子２１及びホログラム素子２０を透過し、コリメートレンズ２２で平行光にされた後、対物レンズ２３で光ディスク２８上に集光される。光ディスク２８からの反射光は対物レンズ２３、コリメートレンズ２２を通り、ホログラム素子２１で回折されて受光素子２４上に導かれる。
【００１０】
特許文献３には、Ｌ、Ｍ、Ｎは自然数であって、Ｎ≧２なるそれぞれ異なる波長を有するＮ個の光源と前記Ｎ個の光源の出射光を合成するＮ−１個の光合成器と、前記出射光を光記録媒体に集光する集光光学系と、前記光記録媒体によって反射された反射光を検出し且つ、前記Ｎ個の光源の内、Ｍ＜ＮなるＭ個の光源と一体に構成されたＬ≦ＮなるＬ個の光検出器とからなる光ヘッド装置が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平２０００―２７６７６６号公報
【特許文献２】
特開２０００―７６６８９号公報
【特許文献３】
特開２０００―２６８３９７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示す３波長互換型光ピックアップでは、青色レーザ用、ＤＶＤ用、ＣＤ用の３つの一体型受発光素子１〜３を持ち、各波長毎にコリメータレンズ４〜６が配設され、さらに各波長毎に光路を分離するための波長選択用ビームスプリッタ１３、１４が２つ配設されているため、一体型受発光素子を用いているにもかかわらず、部品点数が多く、光学系が占有する領域も大きくなっている。また光学部品点数が多いため、光ピックアップの組付コストも多くかかってしまう。
【００１３】
図１４に示すようなＤＶＤ用とＣＤ用の各光源及び受光素子を一体に構成した光ピックアップでは、ＤＶＤとＣＤの互換性を有する２波長一体型受発光素子は、一般的に、２つの光源である半導体レーザチップがＤＶＤ／ＣＤ共用のコリメートレンズの集光点に近接して配置されるため、半導体レーザからの発散光をコリメートレンズで取り込む効率、いわゆるカップリング効率はＤＶＤとＣＤとでほぼ等しくなる。しかしながら、対物レンズの開口数は記録型ＤＶＤでＮＡ０．６５前後、記録型ＣＤでＮＡ０．５前後であり、対物レンズをＤＶＤ／ＣＤで共用する場合は対物レンズにおける有効口径をＤＶＤに対してＣＤの方を小さくせざるを得ず、ピックアップ光学系全体での光利用効率は、ＤＶＤよりもＣＤの方が悪くなってしまう。
【００１４】
さらに、実際の光ピックアップでは記録速度を速くすることが重要であり、光ディスク上の集光スポットの光量を大きくする必要がある。そのためにはＤＶＤ／ＣＤで独立して設定される所定のリム強度（対物レンズ有効径外周での相対光強度）を満たす中で光利用効率を高くしなければならない。ＣＤの方がＤＶＤよりもリム強度は低く設定されるため、実際のカップリング効率及び全体の光利用効率はＣＤの方がＤＶＤよりも高く設計される。よって、ＤＶＤ用の光学系とＣＤ用の光学系を独立させたＤＶＤ／ＣＤ互換型光ピックアップではＣＤの光利用効率を高く設計できるが、図１４に示すようなＤＶＤ／ＣＤ共用のコリメートレンズを使う一体型２波長受発光素子ではＣＤの光利用効率の方がＤＶＤよりも低くなってしまい、ＣＤの高速記録が不可能となる。
【００１５】
また、青色レーザを用いた光ピックアップでは、記録密度を増やすために、対物レンズの開口数をＮＡ０．８５前後にまで大きくした光ピックアップも提案されている。しかしながら、ＮＡ０．８５の対物レンズは、２群２枚構成となり、２枚のレンズ間の間隔や軸ずれ精度が非常に厳しくなり作成が困難である。また１枚の対物レンズも提案されているが、レンズの製作精度がＤＶＤ用の対物レンズに比べて非常に厳しい物となり、何れのタイプにせよ、ＮＡ０．８５の対物レンズを実現するのは非常に困難である。また、ＮＡ０．８５の対物レンズでは、ＤＶＤに対して焦点距離が短くなり、対物レンズと光ディスク表面との距離であるワーキングディスタンスが非常に狭くなってしまい、光ディスクの面振れや外乱があった場合や対物レンズのフォーカシングなどで対物レンズと光ディスクが衝突する可能性が非常に高くなってしまうおそれがある。
【００１６】
さらに、青色レーザとＮＡ０．８５の対物レンズを用いる光ピックアップでは、光ディスクのチルトによる集光スポットのコマ収差の発生をＤＶＤ並みかそれ以下にするため、光ディスクの光透過層の厚みをＤＶＤの０．６ｍｍら０．１ｍｍに非常に薄くしている。このため、光ディスク表面の埃やゴミや指紋の影響、特に上述の光ディスクと対物レンズとの衝突によるスクラッチ傷による集光スポットへの影響がＤＶＤに対して非常に大きくなり、情報記録再生が不安定になりやすく、信頼性確保が困難なものになってしまう。
【００１７】
本発明は、３波長互換型の光ピックアップでありながら、ＣＤ系の光利用効率を確保することができ、光学部品の数が少なく、コンパクトで軽く、組付工数も少なく低コストで生産可能な光ピックアップ及び光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１８】
さらに、本発明は、青色レーザを適用しつつも、対物レンズなどの光学部品の製造精度をＤＶＤ系並みにすることができ、従来の生産設備で生産可能で新規な設備投資を最小限に抑えることが可能であり、ワーキングディスタンスをＤＶＤ系並みに確保することができる３波長互換型光ピックアップ及び光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、互いに異なる波長λ１、λ２、λ３（λ１＜λ２＜λ３）の光束を出射する光源からの光束を対物レンズにより光情報記録媒体上に集光し、この光情報記録媒体による反射光を光検出器にて検出して情報の記録再生を行う光ピックアップにおいて、前記λ１、λ２、λ３の光束に対する前記対物レンズの開口数をそれぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とし、前記λ１、λ２、λ３の各光束に対する前記光情報記録媒体の光透過層厚をそれぞれｔ１、ｔ２，ｔ３とした場合、ＮＡ１≒ＮＡ２＞ＮＡ３、ｔ１＝ｔ２＜ｔ３としたものである。
【００２０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の光ピックアップにおいて、前記光源からの前記λ１、λ２、λ３の光束を１つの前記対物レンズにより前記光情報記録媒体上に集光し、前記λ１、λ２、λ３の光束のうち波長の短い方の２つの前記波長λ１，λ２の光束を出射する光源と、前記光情報記録媒体による前記λ１、λ２の反射光を検出する少なくとも１つの光検出器と、前記λ１、λ２の光束を出射する光源の出射光の光路と前記光情報記録媒体の前記λ１、λ２、λ３の反射光の光路とを分離する少なくとも１つの光路分離素子とを一体に構成して２波長一体型受発光素子としたものである。
【００２１】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の光ピックアップにおいて、前記対物レンズは前記λ１の光束に対して前記光情報記録媒体上の集光スポットを回折限界まで絞るものである。
【００２２】
請求項４に係る発明は、請求項２または３記載の光ピックアップにおいて、前記２波長一体型受発光素子と前記対物レンズとの間に前記光源からの光束を略平行光にする集光レンズを配設して前記λ２、λ３用の光学系を無限光学系としたものである。
【００２３】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ピックアップにおいて、前記対物レンズに入射する光束は、前記λ１の光束よりも前記λ２の光束の方が発散角が広いものである。
【００２４】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の光ピックアップにおいて、前記２波長一体型受発光素子を構成している前記λ２の光束を出射する光源の発光点は前記対物レンズの光軸に沿って前記λ１の光束を出射する光源の発光点よりも前記対物レンズに近い位置に配設されているものである。
【００２５】
請求項７に係る発明は、請求項５記載の光ピックアップにおいて、前記２波長一体型受発光素子を構成している前記λ１、λ２の光束を出射する２つの光源の発光点は前記対物レンズの光軸に垂直な面内の略同一直線上に配設し、前記２つの光源の発光点と前記２つの光源の発光点からの発散光が重なり合う位置との間であって前記λ１の光束を出射する光源の発光点の直前に集光レンズを配設し、若しくは前記λ２の光束を出射する光源の発光点の直前に発散レンズを配設したものである。
【００２６】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の光ピックアップにおいて、前記λ１、λ２、λ３の光束のうち最も長い波長λ３の光束を出射する光源と、前記光情報記録媒体による前記λ３の反射光を検出する光検出器と、前記λ３の光束を出射する光源の出射光の光路と前記光情報記録媒体の反射光の光路とを分離する光路分離素子とを一体に構成して一体型受発光素子としたものである。
【００２７】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれか１つに記載の光ピックアップにおいて、前記λ３の光束を出射する光源からの光束を前記対物レンズに発散光で入射させて前記λ３の光学系を有限光学系としたものである。
【００２８】
請求項１０に係る発明は、請求項１〜９のいずれか１つに記載の光ピックアップにおいて、前記λ１、λ２、λ３がそれぞれ３９０ｎｍ＜λ１＜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ＜λ２＜６８０ｎｍ、７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍであり、前記λ１、λ２、λ３の各光束に対する前記対物レンズの開口数ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３がＮＡ１＝ＮＡ２≒０．６５、ＮＡ３≒０．５であり、前記λ１、λ２、λ３の各光束に対する前記光情報記録媒体の光透過層厚ｔ１，ｔ２，ｔ３がｔ１＝ｔ２≒０．６ｍｍ、ｔ３≒１．２ｍｍであるものである。
【００２９】
請求項１１に係る発明は、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光ピックアップを備えたものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を示す。
この第１実施例は、３波長λ１、λ２、λ３互換型の光ピックアップであり、λ１＜λ２＜λ３である。波長λ１の光束と波長λ２の光束は、２波長共通の一体型受発光素子３１におけるλ１用光源、λ２用光源からそれぞれ出射され、共通の集光レンズとしてのコリメートレンズ３２で略平行光となり、波長選択素子としての波長選択用ビームスプリッタ３３を透過して対物レンズ３４に略同一口径で入射し、同一の開口数ＮＡ１、ＮＡ２（ＮＡ１＝ＮＡ２）で光情報記録媒体としての光ディスク３５上の同一の情報記録面３６に集光される。
【００３１】
光ディスク３５において波長λ１の光が集光される情報記録面３６と光ディスク３５の表面との間の光透過層３７の厚さｔ１と、光ディスク３５において波長λ２の光が集光される情報記録面３６と光ディスク３５の表面との間の光透過層３７の厚さｔ２とは等しい。
光ディスク３５の情報記録面３６からの波長λ１の反射光及び波長λ２の反射光は、それぞれ往路と同じ光路を通って戻り、一体型受発光素子３１内のλ１用光検出器としての受光素子、λ２用光検出器としての受光素子により受光される。これにより、情報記録面３６に対する情報の記録や再生が行われる。
【００３２】
一方、波長λ３の光束は、一体型受発光素子３８から出射され、コリメートレンズを経由せずに有限系にて波長選択用ビームスプリッタ３３で反射されて同じ対物レンズ３４に入射し、対物レンズ３４により波長λ１，λ２の光に対する開口数ＮＡ１、ＮＡ２よりも小さい開口数ＮＡ３（ＮＡ１＝ＮＡ２＞ＮＡ３）で光ディスク３５上の情報記録面３９に光透過層３７、情報記録面３６及び光透過層４０を透過して集光される。光ディスク３５において波長λ３の光が集光される情報記録面３９と光ディスク３５の表面との間の部分の厚さｔ３はｔ１、ｔ２よりも大きい（ｔ１＝ｔ２＜ｔ３）。光ディスク３５の情報記録面３９からの波長λ３の反射光は、それぞれ往路と同じ光路を通って戻り、一体型受発光素子３８内の受光素子により受光される。これにより、情報記録面３９に対する情報の記録や再生が行われる。
【００３３】
図２は本発明の第２実施例を示す。
この第２実施例では、上記第１実施例において、一体型受発光素子３８と波長選択用ビームスプリッタ３３との間にコリメートレンズ４１が挿入されてλ３用の光学系が無限光学系に構成され、一体型受発光素子３８から出射された光は、コリメートレンズ４１により平行光とされた後、波長選択用ビームスプリッタ３３に入射する。
【００３４】
図３は本発明の第３実施例を示す。
この第３実施例では、上記第１実施例において、一体型受発光素子３１と波長選択用ビームスプリッタ３３との間のコリメートレンズ３２が省略されて３波長λ１、λ２、λ３用の光学系が共に有限系光学系に構成され、一体型受発光素子３１からの波長λ１，λ２の光は直接に波長選択用ビームスプリッタ３３に入射する。
【００３５】
第１実施例乃至第３実施例では、波長の短いλ１、λ２の光に対する対物レンズ開口数ＮＡ１、ＮＡ２と、光ディスク３５の光透過層厚ｔ１，ｔ２がそれぞれ略等しく、波長λ３の光に対する対物レンズ開口数がＮＡ１，ＮＡ２より小さく、光透過層厚ｔ３がｔ１，ｔ２よりも厚いことを特徴とし、その関係を以下に示す。
ＮＡ１≒ＮＡ２＞ＮＡ３
ｔ１＝ｔ２＜ｔ３
λ１＜λ２＜λ３
第１実施例乃至第３実施例では、λ１／λ２用の光学系に２波長一体型受発光素子３１を用い、λ３用の光学系に一体型受発光素子３８を用いているが、これらの一体型受発光素子３１、３８は３つの光源と３つの受光素子を個別に用いた構成でも構わない。
【００３６】
第１実施例乃至第３実施例によれば、波長λ１、λ２の光束に対する対物レンズ開口数ＮＡ１，ＮＡ２が略等しく、かつλ１、λ２の光に対する光ディスク３５の光透過層厚ｔ１，ｔ２が等しいため、波長λ１、λ２の光束に対する光学系倍率がほぼ等しく、光学設計が非常に容易になる。また、２つの波長の光束に対して同じコリメートレンズを用いて互いに異なる対物レンズ開口数にした場合、前述のように対物レンズ開口数の小さい方の波長の光の利用効率が低下するという問題があるが、第１実施例乃至第３実施例ではλ１、λ２の光に対する対物レンズ開口数を略等しくしたために一方の波長の光の利用効率を低下させることなく、λ１，λ２双方の光束を有効に利用することが可能である。
【００３７】
また、λ１用の対物レンズ開口数ＮＡ１をλ１用の対物レンズＮＡ２と略等しくしたため、λ２用の光学部品の生産技術／設備でλ１用の光学部品の多くを生産でき、λ１用光学部品の新たな生産技術開発、生産設備投資を最小限に留めることができ、ひいてはλ１用光学部品の低コスト化を図ることが可能となる。さらに、光透過層厚ｔ１、ｔ２を等しくしたため、λ１、λ２の光が透過する光ディスクの光透過層は同一のものが利用可能であり、光透過層の基板生産設備が１種類で済み、１生産設備当たりの生産量が増加して製造コストを低くできる等の利点がある。
【００３８】
第１実施例乃至第３実施例は、λ１、λ２用の光学系を２波長一体型受発光素子３１を用いて構成した光ピックアップであり、２波長一体型受発光素子３１の構成の一例を図４に示す。２波長一体型受発光素子３１は、波長λ１の光を出射する光源４２、波長λ２の光を出射する光源４３と、波長λ１の光を検出する光検出器としての受光素子４４と、波長λ２の光を検出する光検出器としての受光素子４５と、光源４２，４３の出射光と光ディスク３５からの反射光とを分離するための光路分離素子４６、４７が一体的に実装されて構成される。光路分離素子４６、４７としては、ホログラム素子、偏光性ホログラム素子、偏光性ビームスプリッタ、ウォラストンプリズム、ハーフミラーなどが挙げられ、図４に示す例ではホログラム素子を想定している。光源４２，４３の波長λ１、λ２の出射光は光路分離素子４６、４７を透過して出射される。波長λ１の入射光は光路分離素子４６により分離されて受光素子４４に導かれ、波長λ２の入射光は光路分離素子４７により分離されて受光素子４５に導かれる。
【００３９】
２波長一体型受発光素子３１としては、図５に示すように、図４に示す例において、ホログラムの波長による回折角の違いを利用して１つのホログラム素子からなる光路分離素子４８で波長λ１、λ２の両方の光の分離を行う構成としたものや、図６に示すように、図５に示す例において、λ１用とλ２用の受光素子を１つの受光素子４９で共用する構成としたものを用いることもできる。
【００４０】
図５に示す例では、光源４２，４３の波長λ１、λ２の出射光は光路分離素子４８を透過して出射される。波長λ１の入射光は光路分離素子４８により分離されて受光素子４４に導かれ、波長λ２の入射光は光路分離素子４８により分離されて受光素子４５に導かれる。図６に示す例では、波長λ１、λ２の入射光は光路分離素子４８により受光素子４９に導かれる。
【００４１】
したがって、第１実施例乃至第３実施例によれば、１つの対物レンズで３波長互換型の光ピックアップを実現できる。λ３用の光学系が独立しているため、λ１、λ２用の光学系の光学設計に左右されずに、λ３の光の利用効率が最大になるような光学設計が可能となる。λ１、λ２用の光源、受光素子、光路分離素子を２波長一体型受発光素子としたため、光ピックアップの構成部品を少なくでき、調整組立にかかる製造コストを低減できる。
【００４２】
λ１、λ２用の光路がほぼ同一であるため、光学系が占有する領域を小さくでき、光ピックアップを小型軽量にすることが可能となる。λ１、λ２の光は１つのコリメートレンズ（カップリングレンズ）を共用することが可能となり、さらなる部品点数の削減、低コスト化が可能となる。λ１、λ２用の光源、受光素子、光路分離素子を２波長一体型受発光素子としたため、経時変化や温度変化、外乱による光学系の機械的な変動が非常に少なくなり、信頼性の高い光ピックアップを実現できる。
【００４３】
また、第１実施例乃至第３実施例は、３波長λ１，λ２，λ３の光が共用する対物レンズ３４が最も短い波長λ１の光束に対して光ディスク３５の情報記録面の集光スポットを回折限界まで絞るように設計／製造されている。同一光学系で発生する波面収差や位相差の劣化は、波長が短くなるほど顕著に発生し、集光スポットの劣化を引き起こす。よって、最も短い波長以外の他の波長を含めた光の光ピックアップ光学系全体での波面収差や位相差の劣化を考えた場合、光学系で最も短い波長λ１の光に最適化した方が、他の波長の光での波面収差や位相差の劣化を低く抑えることが可能となる。
【００４４】
また、光学素子全てをλ１の光に最適化した場合は当然λ１の光での波面収差や位相差の劣化が最も少なくなるが、その場合λ２、λ３の光での波面収差や位相差の劣化が許容劣化量を超えてしまうおそれがある。よって、開口数が大きく光学系で最も高い設計／製造精度が求められる対物レンズのみをλ１の光に最適化することで、３つの波長の光全ての光学系での劣化をバランス良く低く抑えることが可能となる。
【００４５】
よって、第１実施例乃至第３実施例によれば、３つの波長全ての光の光ピックアップ光学系での波面及び集光スポットの劣化を、バランス良く低く抑えることが可能である。
【００４６】
また、第１実施例及び第２実施例は、光ディスク３５に集光スポットを追従させるように対物レンズ３４を光軸方向にフォーカシングするフォーカスサーボ系と、光ディスク３５上の記録溝（トラック）と光軸に直交する方向に対物レンズ３４を光ディスク３５上の記録溝に集光スポットが追従するように移動させてトラッキングを行うトラッキングサーボ系とを備え、λ１、λ２用の光学系を無限光学系に構成している。
【００４７】
一般的に光ピックアップの対物レンズは、回転する光ディスクに集光スポットを追従させるために光軸方向にフォーカシングを行い、光ディスク上の記録溝と光軸の直交方向にトラッキングを行う。よって、光学系が有限光学系の場合は、対物レンズの移動に伴い対物レンズに入射する光束の結像倍率や角度が変化し、集光スポットが最適状態から外れてしまう。さらに、光ピックアップでは、ＣＤとＤＶＤのように記録容量を増やすために波長を短くすると同時に対物レンズの開口数を大きく設定する。対物レンズの開口数が大きくなると、上述の有限光学系における対物レンズの移動に伴う集光スポットの劣化はより大きくなる。無限光学系においては対物レンズの移動に伴う集光スポットの変化はほとんど発生しない。
【００４８】
よって、第１実施例及び第２実施例によれば、対物レンズ開口数が大きく設定されるλ１、λ２用の光学系を無限光学系とすることで、フォーカシングないしはトラッキングによる対物レンズの移動があっても、集光スポットの変化がなく、安定した情報の記録再生を行うことができる。
【００４９】
本発明の第４実施例は、上記第３実施例において、対物レンズ３４に入射するλ１、λ２の光束をλ１の光束よりもλ２の光束の方が発散した状態で対物レンズ３４に入射して集光スポットが情報記録面３６に正しく集光するように構成する。図７（ｂ）に示すようにλ１の光束５０は対物レンズ３４に平行光で入射した場合に集光スポットがλ１、λ２の光束に対して共通な情報記録面３６上に適正に集光するような光学系では、λ１≪λ２の場合には図７（ａ）に示すようにλ２の光束５１を平行光で対物レンズ３４に入射させても、対物レンズ３４の色収差によりλ２の光束５１が情報記録面３６に正しく集光しない。しかしながら、図７（ｃ）に示すように、λ２の光束５１を発散させた状態で対物レンズ３４に入射させることで集光スポットを情報記録面３６に正しく集光させることが可能となる。
【００５０】
λ１を４０７ｎｍ、λ２を６６０ｎｍ、対物レンズ３４のＮＡ１とＮＡ２を略ＮＡ０．６５、光透過層厚ｔ１＝ｔ２＝０．６ｍｍとして、対物レンズ３４に対するλ１の平行光の入射で最適化された光ピックアップ光学系で、λ２の光束の発散状態（発散角θ）を変化させた場合の集光スポットの波面収差λｒ．ｍ．ｓの変化を図８に示す。図８から、λ２の光束５１の発散角θを平行光（θ＝０）から増やしていくと波面収差が低下し、θが０．６５度前後となったところで波面収差が最も良くなる。したがって、第４実施例では、例えばθが０．６５度前後となるようにλ２の光束５１の発散角θをλ１の光束よりも広く設定する。
【００５１】
この第４実施例によれば、同一光学系でλ１とλ２が大きく異なる場合には、どちらかの集光スポットの劣化が避けられないが、対物レンズに入射する光束の発散状態を、λ１の光束よりもλ２の光束の方を広い発散状態で対物レンズに入射させることのみで、λ１、λ２の光束に対して共に最適な集光スポットを得ることが可能となる。
【００５２】
図９は本発明の第５実施例を示す。なお、図９において、受光素子４４、４５及び光路分離素子４６、４７は図示が省略されている。この第５実施例では、上記第１実施例または第２実施例において、λ２用光源４３の発光点を光軸に沿ってλ１用光源４２の発光点よりも対物レンズ３４に近い位置に配置している。λ２用光源４３がλ１用光源４２よりも対物レンズ３４に近いため、コリメートレンズ３２で屈折した後のλ２の光束５１がλ１の光束５０よりも広く発散した状態にすることが可能となる。
【００５３】
ここで、λ１を４０７ｎｍ、λ２を６６０ｎｍ、対物レンズ３４のＮＡ１、ＮＡ２を略ＮＡ０．６５、対物レンズ３４における有効径を直径４ｍｍ、光透過層厚ｔ１＝ｔ２＝０．６ｍｍ、コリメートレンズ３２の焦点距離を１０ｍｍとして、対物レンズ３４に対するλ１の平行光の入射で最適化された光ピックアップ光学系で、λ２用光源４３の発光点をλ１用光源４３の発光点の位置から対物レンズ３４方向に移動させた場合の集光スポットの波面収差λｒ．ｍ．ｓの変化を図１０に示す。
【００５４】
図１０に示す通り、λ２用光源４３の発光点を対物レンズ３４方向に移動させると、集光スポットの波面収差は低下し、λ２用光源４３の移動量が約０．３５ｍｍで波面収差が最良となる。そこで、第５実施例では、λ２用光源４３の発光点は光軸に沿ってλ１用光源４２の発光点よりも例えば約０．３５ｍｍ前後、対物レンズ３４方向に移動させた位置に配置する。第５実施例は、コリメートレンズ３２を配設した無限光学系であるが、コリメートレンズのない有限光学系としても構わない。
【００５５】
第５実施例によれば、２波長一体型受発光素子３１中のλ１用光源４２とλ２用光源４３の発光点の位置を光軸方向にずらして配置するのみで、第４実施例と同様の効果を得ることが可能となる。
【００５６】
図１１は本発明の第６実施例を示す。この第６実施例では、上記第１実施例または第２実施例において、図１１に示すように、λ２用光源４３の直前であって、λ１用光源４２の出射発散光とλ２用光源４３の出射発散光とが重なり合わない位置に発散レンズ５２を配置し、コリメートレンズ３２に入射する光束５１をλ１の光束５０よりもより広く発散させた状態でコリメートレンズ３２に入射させ、ひいては対物レンズ３４への入射光をλ１の光束５０よりもλ２の光束５１が広く発散した状態にする。
【００５７】
また、本発明の第７実施例では、上記第１実施例または第２実施例において、図１２に示すように、λ１用光源４２の直前であって、λ１用光源４２の出射発散光とλ２用光源４３の出射発散光とが重なり合わない位置に集光レンズ５３を配置し、コリメートレンズ３２に入射する光束５１をλ１の光束５０よりもより広く発散させた状態でコリメートレンズ３２に入射させ、ひいては対物レンズ３４への入射光をλ１の光束５０よりもλ２の光束５１が広く発散した状態にする。なお、図１１及び図１２において、受光素子４４、４５及び光路分離素子４６、４７は図示が省略されている。
【００５８】
第６実施例及び第７実施例によれば、λ１用光源とλ２用光源の発光点を光軸方向の略同一位置に配置した場合でも、発散レンズないしは集光レンズを１ヶ配置するのみで、第４実施例と同様に効果を得ることが可能となる。
【００５９】
また、上記第１実施例乃至第３実施例は、λ３用の光学系に一体型受発光素子３８を用いている。
したがって、上記第１実施例乃至第３実施例によれば、λ３用の光源、受光素子、光路分離素子を一体型受発光素子としたため、光ピックアップの構成部品を少なくでき、調整組立にかかる製造コストを低減できる。また、λ３用の光学系が占有する領域を小さくでき、光ピックアップを小型軽量にすることが可能となる。さらに、λ３用の光源、受光素子、光路分離素子を一体型受発光素子としたため、経時変化や温度変化、外乱による光学系の機械的な変動が非常に少なくなり、λ１とλ２の光束に加えλ３の光束にても信頼性の高い光ピックアップを実現できる。
【００６０】
また、上記第１実施例乃至第３実施例は、λ３用の光学系を有限光学系としている。波長λ１、λ２用の無限光学系で設計された対物レンズをλ３用の光学系で利用する場合、λ３の光に対する集光スポットの劣化を抑えるには上記第４実施例で述べたように、λ３の光束を発散光にして対物レンズに入射させなければならない。また、光透過層厚ｔ３がｔ１，ｔ２に対して大きい場合には、さらにλ３の光束を発散光にしなければならず、λ３用の光学系を有限光学系にする必要が生じる。
【００６１】
よって、第１実施例乃至第３実施例によれば、λ３用の光学系を有限光学系にすることで、λ１ないしはλ２の光に対して最適化した対物レンズをλ３の光でも利用することが可能となり、λ１、λ２、λ３の３波長の光に対応した対物レンズを別途製作する必要がなく、非常に簡便に３波長対応型光ピックアップを実現できる。
【００６２】
本発明の他の各実施例は、上記各実施例において、それぞれ、波長λ１、λ２、λ３をそれぞれ３９０ｎｍ＜λ１＜４３０ｎｍ、６３０ｎｍ＜λ２＜６８０ｎｍ、７６０ｎｍ＜λ３＜８００ｎｍとし、各波長λ１、λ２、λ３の光に対する対物レンズ３４の開口数ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３をＮＡ１＝ＮＡ２≒０．６５、ＮＡ３≒０．５とし、各波長λ１、λ２、λ３の光に対する光ディスク３５の光透過層厚　ｔ１，ｔ２，ｔ３をｔ１＝ｔ２≒０．６ｍｍ、ｔ３≒１．２ｍｍとしたものである。
【００６３】
これらの各実施例によれば、λ１を現在実用化開発が盛んに行われているＧａＮ系青色レーザの発振波長とし、かつｔ１をＤＶＤと同等にし、λ２、ｔ２を記録型ＤＶＤと同等にし、λ３、ｔ３を記録型ＣＤと同等にすることで、従来の技術と生産インフラを最大限に活用できるため、非常に低コストで光ピックアップを実現可能となる。
【００６４】
本発明の別の各実施例は、それぞれ、光ピックアップを用いて情報の記録再生を行う光情報記録再生装置において、光ピックアップとして上記各実施例の光ピックアップのいずれか１つを用いるようにしたものである。
この実施例によれば、上記各実施例の光ピックアップを用いているため、上記各実施例の効果を持つ光情報記録再生装置が実現可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、３波長互換型の光ピックアップでありながら、ＣＤ系の光利用効率を確保することができ、光学部品の数が少なく、コンパクトで軽く、組付工数も少なく低コストで生産可能である。
さらに、青色レーザを適用しつつも、対物レンズなどの光学部品の製造精度をＤＶＤ系並みにすることができ、従来の生産設備で生産可能で新規な設備投資を最小限に抑えることが可能であり、ワーキングディスタンスをＤＶＤ系並みに確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す概略図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す概略図である。
【図４】上記第１実施例乃至上記第３実施例における２波長一体型受発光素子の構成の一例を示す概略図である。
【図５】上記第１実施例乃至上記第３実施例における２波長一体型受発光素子の構成の他の例を示す概略図である。
【図６】上記第１実施例乃至上記第３実施例における２波長一体型受発光素子の構成の別の例を示す概略図である。
【図７】本発明の第４実施例を説明するための概略図である。
【図８】同第４実施例を説明するための特性図である。
【図９】本発明の第５実施例の一部を示す概略図である。
【図１０】同第５実施例を説明するための特性図である。
【図１１】本発明の第６実施例における２波長一体型受発光素子を示す概略図である。
【図１２】本発明の第７実施例における２波長一体型受発光素子を示す概略図である。
【図１３】従来の３波長互換型光ピックアップを示す概略図である。
【図１４】従来の光ピックアップを示す概略図である。
【符号の説明】
３１　　　２波長共通の一体型受発光素子
３２、４１　　　コリメートレンズ
３３　　　波長選択用ビームスプリッタ
３４　　　対物レンズ
３５　　　光ディスク
３６、３９　　　情報記録面
３７、４０　　　光透過層
３８　　　一体型受発光素子
４２、４３　　　光源
４４、４５、４９　　　受光素子
４６、４７、４８　　　光路分離素子
５２　　　発散レンズ
５３　　　集光レンズ
【図１】
2004103145.tif 000003
【図２】
2004103145.tif 000004
【図３】
2004103145.tif 000005
【図４】
2004103145.tif 000006
【図５】
2004103145.tif 000007
【図６】
2004103145.tif 000008
【図７】
2004103145.tif 000009
【図８】
2004103145.tif 000010
【図９】
2004103145.tif 000011
【図１０】
2004103145.tif 000012
【図１１】
2004103145.tif 000013
【図１２】
2004103145.tif 000014
【図１３】
2004103145.tif 000015
【図１４】
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