(57)【要約】【課題】記録媒体の保護基板厚差又は記録層間の層厚差によって発生する球面収差を簡単な構成によって補償する。【解決手段】光ピックアップ１は、光源と記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より射出された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ１３と、対物レンズの往路光入射側に配置される回折格子１４と、光ビームに収差を補正する位相差を与える液晶素子１５と、液晶素子１５を制御する液晶制御回路１６とを備え、ＢＤ、ＤＶＤともに１次回折光を生じるように最適化された光学系において、ＣＤに対しても１次回折光を使用し、記録再生対象である光学記録媒体の記録層の違い、又は光学記録媒体の種別に応じて液晶素子１５の液晶分子配向を変化させて、透過する光ビームに位相差を与えて、保護基板厚差による球面収差及び記録層間の層厚差による球面収差を含む収差を補償する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の記録層が積層された光学記録媒体に対する記録再生を行う、或いは記録面を保護する保護基板厚の異なる複数の光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長及び開口数の光ビームによって行う光ピックアップにおいて、
第１の波長を有する第１の光ビームを射出する第１の光源と、
第２の波長を有する第２の光ビームを射出する第２の光源と、
第３の波長を有する第３の光ビームを射出する第３の光源と、
上記第１、第２及び第３の光ビームを上記個々の光学記録媒体上に集光する対物レンズと、
上記対物レンズの光源側直前に配置され上記対物レンズを介して上記第１の光ビームを第１の保護基板厚を有する第１の光学記録媒体上に集光し上記第２の光ビームを第２の保護基板厚を有する第２の光学記録媒体上に集光し上記第３の光ビームを第３の保護基板厚を有する第３の光学記録媒体上に集光する回折手段と、
上記回折手段の光源側直前に配置され透過していく光ビームの進行方向に垂直な断面内での屈折率分布が可変とされた液晶回折手段と、
上記個々の光学記録媒体にて反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段と
上記複数の記録層が積層された光学記録媒体或いは記録面を保護する保護基板厚が異なる光学記録媒体の種別を検出する光学記録媒体検出手段と、
上記光学記録媒体検出手段で検出された記録層又は光学記録媒体の種別に応じて上記液晶回折手段の液晶配向パターンを制御する液晶制御手段と
を備え、
上記対物レンズと上記回折手段と上記液晶回折手段は、互いに固定され、上記第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームが上記液晶回折手段に対して無限系にて入射されること
を特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
上記第１の光学記録媒体は、複数の記録層が積層されており、
上記液晶回折手段は、上記第１の光ビームに対して上記第１の光学記録媒体の記録層厚差により発生する収差を補正する位相差を生じさせる電極パターンと、
上記回折手段によって上記対物レンズを介して第３の光学記録媒体上に集光される上記第３の光ビームに対して保護基板厚差により生じる収差を補正する位相差を発生させる電極パターンとを備えることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項３】
上記第２の光ビームによって記録再生可能な第２の光学記録媒体は、複数の記録層が積層されており、
上記液晶回折手段は、上記第２の光ビームに対して上記第２の光学記録媒体の記録層厚差により発生する収差を補正する位相差を生じさせる電極パターンと、
上記回折手段によって上記対物レンズを介して第３の光学記録媒体上に集光される上記第３の光ビームに対して保護基板厚差により生じる収差を補正する位相差を発生させる電極パターンとを備えることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項４】
上記液晶制御手段は、上記第１の光ビーム、第２の光ビーム、第３の光ビームのうち開口数が最小の光ビームの開口数に合致するように上記液晶回折手段を制御し光ビームを規制することを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項５】
互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体を回転駆動し、送り手段によって該光学記録媒体の半径方向に移動されて光学記録媒体の種類に応じて異なる波長及び開口数の光ビームによって記録再生を行う光ピックアップを有し、光学記録媒体の回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光学記録媒体記録再生装置において、
上記光ピックアップは、
第１の波長を有する第１の光ビームを射出する第１の光源と、
第２の波長を有する第２の光ビームを射出する第２の光源と、
第３の波長を有する第３の光ビームを射出する第３の光源と、
上記第１、第２及び第３の光ビームを上記個々の光学記録媒体上に集光する対物レンズと、
上記対物レンズの光源側直前に配置され上記対物レンズを介して上記第１の光ビームを第１の保護基板厚を有する第１の光学記録媒体上に集光し上記第２の光ビームを第２の保護基板厚を有する第２の光学記録媒体上に集光し上記第３の光ビームを第３の保護基板厚を有する第３の光学記録媒体上に集光する回折手段と、
上記回折手段の光源側直前に配置され透過していく光ビームの進行方向に垂直な断面内での屈折率分布が可変とされた液晶回折手段と、
上記個々の光学記録媒体にて反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段と
上記複数の記録層が積層された光学記録媒体或いは記録面を保護する保護基板厚が異なる光学記録媒体の種別を検出する光学記録媒体検出手段と、
上記光学記録媒体検出手段で検出された記録層又は光学記録媒体の種別に応じて上記液晶回折手段の液晶配向パターンを制御する液晶制御手段と
を備え、
上記対物レンズと上記回折手段と上記液晶回折手段は、互いに固定され、上記第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームが上記液晶回折手段に対して無限系にて入射されること
を特徴とする光学記録媒体記録再生装置。
【請求項６】
上記第１の光学記録媒体は、複数の記録層が積層されており、
上記液晶回折手段は、上記第１の光ビームに対して上記第１の光学記録媒体の記録層厚差により発生する収差を補正する位相差を生じさせる電極パターンと、
上記回折手段によって上記対物レンズを介して第３の光学記録媒体上に集光される上記第３の光ビームに対して保護基板厚差により生じる収差を補正する位相差を発生させる電極パターンとを備えることを特徴とする請求項５記載の光学記録媒体記録再生装置。
【請求項７】
上記第２の光ビームによって記録再生可能な第２の光学記録媒体は、複数の記録層が積層されており、
上記液晶回折手段は、上記第２の光ビームに対して上記第２の光学記録媒体の記録層厚差により発生する収差を補正する位相差を生じさせる電極パターンと、
上記回折手段によって上記対物レンズを介して第３の光学記録媒体上に集光される上記第３の光ビームに対して保護基板厚差により生じる収差を補正する位相差を発生させる電極パターンとを備えることを特徴とする請求項５記載の光学記録媒体記録再生装置。
【請求項８】
上記液晶制御手段は、上記第１の光ビーム、第２の光ビーム、第３の光ビームのうち開口数が最小の光ビームの開口数に合致するように上記液晶回折手段を制御し光ビームを規制することを特徴とする請求項５記載の光学記録媒体記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学記録媒体を記録再生するための光学系であって、異なる記録再生波長を用いて複数の記録媒体に対して書込及び読込が行える光ピックアップ及び光学記録媒体記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（Mini Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体は、更なる大容量化が要求されており、大容量化のために様々な技術が開発されている。また、１つのメディアに多様なデータ、例えば、音楽コンテンツデータ、映像コンテンツデータ、コンピュータ用途のデータ等が自在に記録再生できることが求められている。なかでも４０５ｎｍの波長帯のレーザを使用する新規ディスクフォーマット（以下、ブルーレイディスク；ＢＤと記す。）が次世代の記録技術として大いに注目されている。
【０００３】
汎用的に使用されるメディアを開発するに際しては、新旧メディアの記録再生装置間の互換性及び整合性も重要であり、新規開発の記録再生装置は、ＤＶＤ、ＣＤ等の旧来の資産を利用可能であることが好ましい。ところが、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるメディア間の互換性をもたせた装置を設計することは容易ではない。
【０００４】
最も単純な方法は、異なる光学系を設け、専用対物レンズを使用波長毎に切り換える方式であるが、複数種類の対物レンズの切換機構が必要でコストアップに繋がる。また、アクチュエータが大型化するため、装置の小型化には不利であった。そのため、対物レンズ等の一部の光学系を共有した複数波長互換光学系とする方法がとられるが、球面収差が記録面を保護する保護基板厚に比例して発生するため、従来の単レンズで波長の異なる光ビームを層厚の異なる保護基板を介して記録面にほぼ無収差で集光することは困難である。
そこで、回折素子等の光学素子を用いることによって特定波長を回折又は無回折で対物レンズに入射させる等の工夫がされている。
【０００５】
２波長互換タイプでは、あるレンズ曲面と回折素子（自由度２）の組合せによって、２つの異なるディスク保護基板厚と記録再生波長の組合せ（自由度２）の最適値を満たすような回折素子を設計することが可能で、これにより上述の命題を解決することができる。
【０００６】
ところが、ＤＶＤとＣＤと、例えば上述した新規フォーマットのＢＤとの間の３波長互換を実現しようとすると、最適化が必要な保護基板厚及び波長が３つになるため、単一の回折素子を用いる手法では自由度が不足し回折効率及び回折角を同時に最適化にすることは難しい。
【０００７】
ＢＤは、単体での使用を考慮した専用の対物レンズを使用する場合、光利用効率９５％以上の高効率を達成するレンズを設計することは比較的容易である。しかし、従来資産であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ（Compact Disc）との互換性を達成しようとすると課題は多い。ここでは一例として、既にある程度の互換性が達成されているＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系をＣＤ用の光ビームに対して拡張する場合について説明する。
【０００８】
例えば、ＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系としては、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、対物レンズに入射されるＢＤ用の光ビームを無限系としＣＤ及びＤＶＤ記録再生用の光ビームを有限系とする方式がある。無限系とは光ビームを対物レンズに対して無限遠から照射させる場合、すなわち光ビームを対物レンズに平行光で入射させることを示し、有限系とは対物レンズに発散光を入射させることを示す。無限系及び有限系による互換方式は、回折作用を使用しないため、光利用効率が良好であること、また対物レンズに入射する光ビームの発散度に応じて焦点距離を変更できるために適切な作動距離を確保できるという利点がある。しかし、光ビームが対物レンズに発散光として入射されるということは、光軸に対する対物レンズ横ぶれに対して余裕がないためトラッキング耐性が著しく低下するという欠点があった。
【０００９】
また、ＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系として、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、ＢＤ、ＤＶＤともに１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系では、ＢＤ用の光ビーム（４０５ｎｍ）において９０％程度の１次回折光が得られるが、ＤＶＤ用の光ビーム（６５５ｎｍ）において７０％程度の１次回折光しか得られず、収差特性上、有利であるものの、ＤＶＤ用光ビームの回折効率が低く光利用効率が悪化するうえ、更にＣＤ用の光ビーム（７８５ｎｍ）との互換をとることは困難であった。
【００１０】
また、ＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系として、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、ＢＤにて２次回折光を生じＤＶＤでは１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系では、ＢＤ用光ビームの２次回折光及びＤＶＤ用光ビームの１次回折光において９０％程度の回折効率が得られ、良好な光利用効率を示すが、球面収差の波長依存性が非常に大きく、ＣＤ用の光ビーム（７８５ｎｍ）との互換をとることは、やはり困難であった。
【００１１】
上述したＢＤ、ＤＶＤの２波長互換光学系の特徴を図４に模式的に示した。図４における縦軸は各光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚を示し、横軸は使用波長帯を示している。発生する球面収差量は保護基板厚に比例的であり、回折角度は波長に比例的であるため、球面収差量とこの波長で生じる回折角度との関係も表している。
【００１２】
図４によれば、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、ＢＤ、ＤＶＤともに１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系でＣＤの１次回折光を対物レンズに入射させた場合（ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ＝１次／１次／１次）、ＢＤ及びＤＶＤ互換の光学系ではＣＤ用の光ビームに対して補償できない球面収差ＳＡ１１１（ここでは、これを残存球面収差と呼ぶ）が発生する。
【００１３】
また、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、ＢＤにて２次回折光を生じＤＶＤでは１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系でＣＤの１次回折光を対物レンズに入射させた場合（ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ＝２次／１次／１次）も、ＣＤ用の光ビームに対して残留球面収差ＳＡ２１１が生じる。２次回折光は、波長２倍の光ビームと同等に考えられるため、ＢＤの２次回折光を使用する場合、ＢＤ２次光８１０ｎｍの光ビームとＤＶＤ（６５５ｎｍ）の光ビームを適応化する光学系として考えることができる。
【００１４】
図４に１次／１次／１次と示した直線のように、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤの１次回折光を発生する光学系のほうが球面収差の残存量が小さくできるが回折効率がよくない。
【００１５】
また、ＤＶＤ及びＢＤでは、更なる高密度記録を目指して記録層を多層化したディスク規格が策定されている。記録層が多層化された光ディスクでは、記録層厚差による収差が発生するため、保護基板厚による球面収差と併せて、この収差も補正することが求められる。例えば、ＤＶＤ、ＣＤの２波長互換光学系の場合、保護基板厚の差、波長及びＮＡによって生じる異なる球面収差は、対物レンズに複雑な回折素子パターンを描くことでＤＶＤ、ＣＤについてともに収差特性を満足することができた。また、このほかにＣＤ側の倍率を変化させて、すなわちＣＤ用光ビームを有限系で用いて開口制限を設けてＤＶＤとの互換をとる手法があった。
【００１６】
また、多層記録層を有する記録媒体の層厚差による収差を低減する手法の一例として、電圧の印加によって分子配向が偏倚する液晶素子により光ビームに対して球面収差を減じるような位相差を与える方法が開示されている（特許文献１参照）。
【００１７】
しかし、液晶素子を多層になった記録層の層厚差による収差の補正に用いるとともに、ＤＶＤ、ＣＤの保護基板厚差によって生じる球面収差をも補正しようとすると構成及び制御が複雑化し、光学特性の悪化、コストアップ等に繋がるという問題点があった。また、液晶素子は、液晶層の厚さを変更することによって原理的には位相量変化を調整できるが、偏倚させられる液晶層の厚みは、変位させる位相量の２乗に比例するような関係がある。位相量変化が１０倍になると液晶層の厚さは１００倍になる。この液晶素子の応答速度は、秒単位になってしまうため現実的には使用不可能である。
【００１８】
このように、ＢＤ、ＤＶＤ及びＣＤの３波長互換を達成する光学系を設計することは非常に困難であった。また、ＢＤ及び／又はＤＶＤの記録層が多層化されている場合には、保護基板厚差による収差及び記録層厚差による収差に対して適応した光学系を設計することは困難であった。
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−３７３４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上述した従来の実情に鑑みてなされたものであり、異なる保護基板厚を有する光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長の光ビームで行う際、また、多層化された記録層を有する光学記録媒体に対する記録再生を行う際、保護基板厚差又は記録層間の層厚差によって発生する球面収差を、簡単な構成によって補償することのできる光ピックアップ及びこのピックアップを用いた光学記録媒体記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップは、複数の記録層が積層された光学記録媒体に対する記録再生を行う、或いは記録面を保護する保護基板厚の異なる複数の光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長及び開口数の光ビームによって行う光ピックアップにおいて、第１の波長を有する第１の光ビームを射出する第１の光源と、第２の波長を有する第２の光ビームを射出する第２の光源と、第３の波長を有する第３の光ビームを射出する第３の光源と、第１、第２及び第３の光ビームを個々の光学記録媒体上に集光する対物レンズと、対物レンズの光源側直前に配置され対物レンズを介して第１の光ビームを第１の保護基板厚を有する第１の光学記録媒体上に集光し第２の光ビームを第２の保護基板厚を有する第２の光学記録媒体上に集光し第３の光ビームを第３の保護基板厚を有する第３の光学記録媒体上に集光する回折手段と、回折手段の光源側直前に配置され透過していく光ビームの進行方向に垂直な断面内での屈折率分布が可変とされた液晶回折手段と、個々の光学記録媒体にて反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段と、複数の記録層が積層された光学記録媒体或いは記録面を保護する保護基板厚が異なる光学記録媒体の種別を検出する光学記録媒体検出手段と、光学記録媒体検出手段で検出された記録層又は光学記録媒体の種別に応じて液晶回折手段の液晶配向パターンを制御する液晶制御手段とを備え、記録再生対象である光学記録媒体の記録層の違い、又は光学記録媒体の種別に応じて液晶回折手段の液晶配向パターンを変化させて入射する光ビームに位相差を与え、保護基板厚差による球面収差、記録層間の層厚差による球面収差を含む収差を補償する。
【００２２】
またこのとき、対物レンズと回折手段と液晶回折手段は、互いに固定され、第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームが液晶回折手段に対して無限系にて入射されることを特徴とする。
【００２３】
第１の光学記録媒体が積層化された複数の記録層を有する場合には、液晶回折手段は、第１の光ビームに対して第１の光学記録媒体の記録層厚差により発生する収差を補正する位相差を生じさせる電極パターンと、回折手段によって対物レンズを介して第３の光学記録媒体上に集光される第３の光ビームに対して保護基板厚差により生じる収差を補正する位相差を発生させる電極パターンとを備える。
【００２４】
また、第２の光学記録媒体が積層化された複数の記録層を有する場合には、液晶回折手段は、第２の光ビームに対して第２の光学記録媒体の記録層厚差により発生する収差を補正する位相差を生じさせる電極パターンと、回折手段によって対物レンズを介して第３の光学記録媒体上に集光される第３の光ビームに対して保護基板厚差により生じる収差を補正する位相差を発生させる電極パターンとを備える。
【００２５】
また、液晶回折手段は、開口制限機能を兼ねており、液晶制御手段は、第１の光ビーム、第２の光ビーム、第３の光ビームのうち開口数が最小の光ビームの開口数に合致するように液晶回折手段を制御し光ビームを規制する。
【００２６】
上述した目的を達成するために、本発明に係る光学記録媒体記録再生装置は、第１の波長を有する第１の光ビームを射出する第１の光源と、第２の波長を有する第２の光ビームを射出する第２の光源と、第３の波長を有する第３の光ビームを射出する第３の光源と、第１、第２及び第３の光ビームを個々の光学記録媒体上に集光する対物レンズと、対物レンズの光源側直前に配置され対物レンズを介して第１の光ビームを第１の保護基板厚を有する第１の光学記録媒体上に集光し第２の光ビームを第２の保護基板厚を有する第２の光学記録媒体上に集光し第３の光ビームを第３の保護基板厚を有する第３の光学記録媒体上に集光する回折手段と、回折手段の光源側直前に配置され透過していく光ビームの進行方向に垂直な断面内での屈折率分布が可変とされた液晶回折手段と、個々の光学記録媒体にて反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段と、複数の記録層が積層された光学記録媒体或いは記録面を保護する保護基板厚が異なる光学記録媒体の種別を検出する光学記録媒体検出手段と、光学記録媒体検出手段で検出された記録層又は光学記録媒体の種別に応じて液晶回折手段の液晶配向パターンを制御する液晶制御手段とを備える光ピックアップを有する。また、この光ピックアップでは、対物レンズと回折手段と液晶回折手段は、互いに固定され、第１の光ビーム、第２の光ビーム及び第３の光ビームが上記液晶回折手段に対して無限系にて入射される。
【００２７】
これにより、本発明に係る光学記録媒体記録再生装置は、記録再生対象である光学記録媒体の記録層の違い、又は光学記録媒体の種別に応じて液晶回折手段の液晶配向パターンを変化させて入射する光ビームに位相差を与え、保護基板厚差による球面収差、記録層間の層厚差による球面収差を含む収差を補償する。
【００２８】
更にこのとき、第１の光学記録媒体が積層化された複数の記録層を有する場合には、液晶回折手段は、第１の光ビームに対して第１の光学記録媒体の記録層厚差により発生する収差を補正する位相差を生じさせる電極パターンと、回折手段によって対物レンズを介して第３の光学記録媒体上に集光される第３の光ビームに対して保護基板厚差により生じる収差を補正する位相差を発生させる電極パターンとを備える。
【００２９】
また、第２の光学記録媒体が積層化された複数の記録層を有する場合には、液晶回折手段は、第２の光ビームに対して第２の光学記録媒体の記録層厚差により発生する収差を補正する位相差を生じさせる電極パターンと、回折手段によって対物レンズを介して第３の光学記録媒体上に集光される第３の光ビームに対して保護基板厚差により生じる収差を補正する位相差を発生させる電極パターンとを備える。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、異なる保護基板厚を有する光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長の光ビームで行う際、また、多層化された記録層を有する光学記録媒体に対する記録再生を行う際、保護基板厚差又は記録層間の層厚差によって発生する球面収差を補償することができ、且つ光学系構成を簡素化することができる。光ピックアップの光学系構成が簡素化されることで製造コストを低減できる。
【００３１】
また、本発明に係る光ピックアップは、第１の光ビーム、第２の光ビーム、及び第３の光ビームにおいて無限光学系として、第１の光ビーム、第２の光ビーム、第３の光ビームを光学記録媒体の記録面に入射させることにより、開口数が小さく最長波長の光ビームである第３の光ビームの視野特性を確保することが可能となる。これにより、最長波長ビームのトラッキング特性を安定化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る光ピックアップの具体例について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の具体例として示す光ピックアップの光学系について、図１を用いて説明する。本具体例では、第１の光学ディスク３１が保護基板厚０．１ｍｍで波長４０５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するブルーレイディスク（以下、ＢＤと記す。）であり、第２の光学ディスク３２が保護基板厚０．６ｍｍで波長６５５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）であり、第３の光ディスク３３が保護基板厚１．２ｍｍで波長７８５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＣＤ（Compact Disc）である。
【００３３】
この光ピックアップ１は、図４に示したＢＤ、ＤＶＤともに１次回折光を生じるように最適化された光学系においてＣＤの１次回折光を使用するうえで問題となるＣＤの残存球面収差補正と多層化された記録層間の層厚差による収差補正とを達成したものである。
【００３４】
光ピックアップ１は、光源と記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より射出された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ１３と、対物レンズの往路光入射側に配置される回折格子１４と、光ビームに収差を補正する位相差を与える液晶素子１５と、液晶素子１５を制御する液晶制御回路１６とを備えている。光ピックアップ１では、対物レンズ１３と回折素子１４と液晶素子１５は、結像ユニット１７として互いに固定されており１つのアクチュエータにより駆動される。
【００３５】
本具体例では、上述した基本光学系として、波長４０５ｎｍを有するＢＤ用の光ビーム４１を発生する第１の光源と、第１の光ディスク３１における反射光を検出する光検出器と、ＢＤの規格に基づいてフォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子を含む第１の基本光学系１１を備える。また、波長６５５ｎｍを有するＤＶＤ用の光ビーム４２を発生する第２の光源及び第２の光ディスク３２における反射光を検出する光検出器と、波長７８５ｎｍを有するＣＤ用の光ビーム４３を発生する第３の光源及び第３の光ディスク３３における反射光を検出する光検出器と、ＤＶＤ又はＣＤの規格に基づいてフォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子とを含み、ＤＶＤとＣＤとの互換がとられた第２の基本光学系１２を備えている。
【００３６】
図示しない第１の基本光学系１１に含まれる第１の光源は、第１の波長としてＢＤ記録再生用の波長４０５ｎｍの光ビーム４１を射出する。また、図示しない第２の基本光学系１２に含まれる第２の光源は、第２の波長としてＤＶＤ記録再生用の波長６５５ｎｍの光ビーム４２を射出する。また、第３の光源もまた第２の基本光学系１２に含まれており、第３の波長としてＣＤ記録再生用の波長７８５ｎｍの光ビーム４３を射出する。
【００３７】
対物レンズ１３は、第１の保護基板厚３１ａを有する第１の光ディスクとしてのＢＤに対して第１の波長を有する光ビーム４１を集光することができる。また、第２の保護基板厚３２ａを有する第２のディスクとしてのＤＶＤに対して第２の波長を有する光ビーム４２を、第３の保護基板厚を３３ａ有する第３の光ディスクとしてのＣＤに対して第３の波長を有する光ビーム４３を集光することができる。
【００３８】
この対物レンズ１３の開口数は、第１の波長に対して０．８５であり、第２の波長に対しては０．６０であり、第３の波長に対しては０．４５である。ただし、ＢＤである第１の光ディスクの第１の保護基板厚は０．１ｍｍであり、ＤＶＤである第２の光ディスクの第２の保護基板厚は０．６ｍｍであり、ＣＤである第３の光ディスクの第３の保護基板厚は１．２ｍｍである。
【００３９】
回折格子１４は、対物レンズ１３と併せて、ＢＤ記録再生用の波長４０５ｎｍの光ビーム４１及びＤＶＤ記録再生用の波長６５５ｎｍの光ビーム４２に対してＢＤとＤＶＤの保護基板厚差による球面収差を補正する光学特性を有する。
【００４０】
対物レンズ１３は、ＢＤ及びＤＶＤの互換設計とされたレンズであって、往路光の入射断面が曲面且つ鋸歯形状（ブレーズ形状）とされている。対物レンズ１３は、第１の保護基板厚３１ａを有する第１の光ディスク３１としてのＢＤに対して第１の波長を有する光ビーム４１を集光し、第２の保護基板厚３２ａを有する第２のディスク３２としてのＤＶＤに対して第２の波長を有する光ビーム４２を集光するとともに、第３の保護基板厚を３３ａ有する第３の光ディスク３３としてのＣＤに対して第３の波長を有する光ビーム４３を集光することができる。
【００４１】
液晶素子１５は、図示しないが、２枚のガラス基板によって液晶分子を挟んで構成されており、２枚のガラス基板のうち一方のガラス基板には、同心円状の電極パターンが透明電極によって形成されている。また他方のガラス基板には、一方のガラス基板の電極パターンに対向する位置に電極が形成されている。液晶素子１５は、細かく分割された電極パターンを有することにより、ＣＤ用の光ビームの残留球面収差を補正するための位相差を生じさせる液晶配向分布と、ＢＤの多層化された記録層の２層目の記録層に対して記録再生する際に層厚差によって発生する球面収差を補正するための位相差を生じさせる液晶配向分布を得ることができる。各透明電極に駆動電圧が印加されると、印加電圧に応じた電界にしたがって液晶分子の配向が偏倚される。これにより、この液晶素子を透過する光ビームの進行方向に垂直な断面内での屈折率分布を任意に設定することができ、光ビームの波面の位相を電極パターンの領域毎に制御することができる。また、この液晶素子１５は、上述した開口数０．４５のＣＤ用光ビームを得るための開口制限素子も兼ねている。
【００４２】
透明ガラス基板は、ＣＤ用の光ビームの残留球面収差を補正するための位相差を生じさせる電極パターンと、ＢＤの多層化された記録層の２層目の記録層に対して記録再生する際に層厚差によって発生する球面収差を補正するための位相差を生じさせるための電極パターンとを備えている。各電極パターンについて、図２を用いて説明する。
【００４３】
図２には、液晶素子１５で実際に発生させる光学位相差ＯＰＤ（Optical Path Difference）と開口数ＮＡの関係が示されている。図２（ａ）に示す曲線ａ０は、本具体例で使用する対物レンズ１３と回折格子１４の組合せにＣＤ用の光ビーム４３を透過した際に生じる位相変化量を示している。ＣＤ用の光ビーム４３の場合、透過する光ビーム４３に対して点線ａ１で示した位相量の逆位相を与える液晶分子配向を生じさせる電極パターンとする。すなわち、液晶分子配向が段階的に変化しＮＡ０．３０付近で光ビーム４３の位相量変化が最も大きくなる分子配向を生じるように電圧制御される１０程度の領域に分割された電極パターンをガラス基板上に形成する。光ビーム４３は、この液晶素子１５を透過するとａ２に示す位相量変化となり、球面収差ａ０が抑えられる。
【００４４】
また図２（ｂ）に示す曲線ｂ０は、ＢＤ用の光ビーム４１によってＢＤの２層目の記録層を読み取る際に１層目との層厚差によって生じる位相変化量を示している。ＢＤ用のビーム４１の場合、透過する光ビーム４１に対して点線ｂ１で示した位相量の逆位相を与える液晶分子配向を生じさせる電極パターンとする。すなわち、液晶分子配向が段階的に変化しＮＡ０．４５付近で光ビーム４１の位相量変化が最も大きくなる分子配向を生じるように電圧制御される上記パターンとは別の電極パターンをガラス基板上に形成する。光ビーム４１は、この液晶素子１５を透過するとｂ２に示す位相量変化となり、球面収差ｂ０が抑えられる。
【００４５】
上述した対物レンズ１３と回折格子１４と液晶素子１５は、同一のアクチュエータ上に固定されて配設される。回折格子１４は、対物レンズ１３上に一体化されていてもよい。また、光ビーム４１、光ビーム４２、光ビーム４３は、液晶素子１５に対して無限光として入射される。
【００４６】
このように構成された対物レンズ１３、回折格子１４及び液晶素子１５は、表面から波長４０５ｎｍの光ビーム４１が入射した際には、対物レンズ１５を介して、この光ビーム４１の１次回折光をＢＤ記録面上に集光するとともに、ＤＶＤ記録再生用の光ビーム４２の光ビーム４２が入射した際には、この光ビーム４２の１次回折光をＤＶＤ記録面上又はＣＤ記録面上に集光する。
【００４７】
ＤＶＤ及びＣＤ用の基本光学系１２から出射された光ビーム４２及び光ビーム４３は、波長選択合成プリズム１９によりＢＤ用の基本光学系１１から出射された光ビーム４１の光軸と一致するようになっている。光軸が一致した各光ビームは、コリメートレンズ１８によって平行光、すなわち無限光とされた後、液晶素子１５に入射する。
【００４８】
液晶制御回路１６は、後述するディスク種類判別部１１５からの検出信号に応じて、ＣＤを記録再生する際には、液晶素子１５におけるＣＤ用の光ビーム４３によって発生する残留球面収差を補正するための電極パターンに印加する電圧を制御し、ＢＤの２層目の記録層を読み取る際には、液晶素子１５におけるＤＶＤ用の光ビーム４２によって記録層の層厚差により発生する球面収差を補正するための電極パターンに印加する電圧を制御する。
【００４９】
このように、上述した具体例として示す光ピックアップ１によれば、図４にて説明したＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ＝１次／１次／１次の光学系の場合、光ビーム４１、光ビーム４２、光ビーム４３は、液晶素子１５に対して無限光として用いることでトラッキング特性を損なうことなく、ＣＤの残存球面収差補正と多層化された記録層間の層厚差による収差補正とを両立することができる。また、これによりＣＤ用の光ビーム４３を使用するとき良好な視野特性が確保できる。
【００５０】
続いて、本発明の具体例として示す光ピックアップを適用した光ディスク記録再生装置１０１を図３に示す。
【００５１】
光ディスク記録再生装置１０１は、光記録媒体である光ディスク１０２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ１０３と、本発明に係る光ピックアップ１０４と、その駆動手段としての送りモータ１０５とを備えている。この光ディスク記録再生装置１０１は、フォーマットの異なる３タイプの光ディスク１０２及び記録層が積層化された光ディスクに対して記録再生できる３規格間互換性を実現した記録再生装置である。
【００５２】
本具体例で使用可能な光ディスクとしては、波長４０５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＢＤ、波長６５５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ、波長７８５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＣＤがあげられる。また、同一の記録再生波長を使用し積層化された記録層を有する光ディスクも含まれる。上段にて説明した光ディスク３１、光ディスク３２、光ディスク３３は、図３に示した光ディスク１０２に対応している。
【００５３】
ここで、スピンドルモータ１０３及び送りモータ１０５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ１０７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部１０９によりディスク種類に応じて駆動制御されており、例えば、光ディスク３１、光ディスク３２、光ディスク３３に応じて所定の回転数で駆動される。
【００５４】
光ピックアップ１０４は、図１及び図２を用いて説明した３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ１０４は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号をプリアンプ部１２０に供給する。
【００５５】
プリアンプ部１２０の出力は、信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調＆ＥＣＣブロックと記す。）１０８に送られる。この信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８は、信号の変調、復調及びＥＣＣ（エラー訂正符号）の付加を行う。光ピックアップ１０４は、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８の指令にしたがって回転する光ディスク１０２の記録層に対して光ビームを照射し、光ディスク１０２に対して信号の記録又は再生を行う。
【００５６】
プリアンプ部１２０は、フォーマット毎に異なって検出される光ビームに対応する信号に基づいて、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するように構成されている。記録又は再生の対象媒体とされる光記録媒体の種類に応じて、サーボ制御回路１０９、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８等により、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの規格に基づく復調及び誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。
【００５７】
ここで例えば、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェイス１１１を介して外部コンピュータ１３０に送出される。これにより、外部コンピュータ１３０等は、光ディスク１０２に記録された信号を再生信号として受け取ることができる。
【００５８】
また、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ及びＡ／Ｄ変換器１１２のＤ／Ａ変換部でデジタルアナログ変換され、オーディオビジュアル処理部１１３に供給される。そしてオーディオビジュアル処理部１１３でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオビジュアル信号入出力部１１４を介して、図示しない外部の撮像映写機器等に伝送される。
【００５９】
光ピックアップ１０４において、例えば、光ディスク１０２上の所定の記録トラックまで移動させるための送りモータ１０５の制御、スピンドルモータ１０３の制御、及び光ピックアップ１０４において光集光手段となる対物レンズを保持する２軸アクチュエータのフォーカシング方向の駆動とトラッキング方向の駆動制御は、それぞれサーボ制御回路１０９により行われる。
【００６０】
サーボ制御回路１０９は、光ピックアップ１０４内に配設された光結合効率可変素子を動作させ、光ピックアップ１０４における光結合効率、すなわち半導体レーザ素子等のレーザ光源から出射される光束の総光量と光ディスク１０２上に集光する光量との比率が、記録モード時、再生モード時、或いは光ディスク１０２の種類に応じて変更されるように制御している。
【００６１】
レーザ制御部１２１は、光ピックアップ１０４のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部１２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク１０２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部１２１は、ディスク種類判別部１１５によって検出された光ディスク１０２の種類に応じて光ピックアップ１０４のレーザ光源を切り換えている。
【００６２】
ディスク種類判別部１１５は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から光ディスク１０２の異なるフォーマットを検出することができる。
【００６３】
光ディスク記録再生装置１０１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部１１５における検出結果に応じて、装着される光ディスクの仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。
【００６４】
システムコントローラ１０７は、ディスク種類判別部１１５から送られる検出結果に基づいて光ディスク１０２の種類を判別する。光記録媒体の種類を判別する手法としては、光記録媒体がカートリッジに収納されるタイプであれば、このカートリッジに検出穴を設けて接触検出センサ又は押下スイッチを用いて検出する手法があげられる。また、同一光ディスクにおける記録層の判別には、光ディスク最内周にあるプリマスタードピットやグルーブ等に記録された目録情報（Table Of Contents；ＴＯＣ）による情報に基づいて、どの記録層に対する記録再生かを判別する手法が使用できる。
【００６５】
光結合効率制御手段として機能するサーボ制御回路１０９は、システムコントローラ１０７に制御され、ディスク種類判別部１１５の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。サーボ制御回路１０９は、例えば光ピックアップ１０４と光ディスク１０２との相対位置を検出する（ディスク１０２に記録されたアドレス信号をもとに位置検出する場合を含む）ことによって、記録及び／又は再生する記録領域を判別できる。そして、サーボ制御回路１０９は、記録及び／再生する記録領域の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。
【００６６】
以上説明した光ディスク記録再生装置１０１によれば、図１に示す光ピックアップ１を用いることにより、波長４０５ｎｍ、６５５ｎｍ、７８５ｎｍの各光ビームを使用する３波長互換光学系において、ＣＤの残存球面収差補正と多層化された記録層間の層厚差による収差補正とを両立することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、異なる保護基板厚を有する光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長の光ビームによって行う光ピックアップ、及び複数の記録層が積層された光学記録媒体に対して記録再生を行う光ピックアップであれば、具体例にて説明した以外のディスクフォーマットに対しても適用可能である。例えば、光ディスクは、光変調記録を用いた種々の方式の記録再生ディスク、いわゆる「光磁気記録」、「相変化記録」及び「色素記録」等を含む光ディスク、具体的には「ＣＤ−Ｒ／ＲＷ」、「ＤＶＤ−ＲＡＭ」、「ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ」、「ＤＶＤ＋ＲＷ」等、又は、各種光磁気記録媒体であってもよい。光ディスクは、記録層上における最適な記録及び／又は再生光パワーが異なる少なくとも２以上の記録領域に記録層が分割された光ディスクであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の具体例として示す光ピックアップの光学系を説明する構成図である。
【図２】上記光ピックアップにおける液晶素子で実際に発生させる光学位相差ＯＰＤとＮＡの関係を説明する図である。
【図３】本発明の具体例として示す光ピックアップを適用した光ディスク記録再生装置を説明する構成図である。
【図４】光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚及び使用波長帯と発生する球面収差量とを説明する図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    光ピックアップ、  １１    第１の基本光学系、  １２    第２の基本光学系、  １３    対物レンズ、  １４    回折素子、  １５    液晶素子、  １６    液晶制御回路、  １７    結像ユニット、  １８    コリメートレンズ、  １９    波長選択合成プリズム  ３１    第１の光ディスク、  ３２    第２の光ディスク、  ３３    第３の光ディスク、  ４１    光ビーム（４０５ｎｍ）、  ４２    光ビーム（６５５ｎｍ）、  ４３    光ビーム（７８５ｎｍ）
【図１】
2005317120.tif 000003
【図２】
2005317120.tif 000004
【図３】
2005317120.tif 000005
【図４】
2005317120.tif 000006