(57)【要約】光ビームが入射する側の媒体表面から記憶面までの距離及び使用波長の異なる第１及び第２光記憶媒体に記憶された情報を少なくとも再生可能な光記憶装置であって、第１の波長の光ビームを出射する第１発光素子と、第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２発光素子と、第１記憶媒体で反射された光ビームから再生信号を検出する第１光検出器と、第２光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する第２光検出器と、第１及び第２発光素子から出射された光ビームの光路を合成するビームスプリッタとを含んでいる。光記憶装置は更に、第１発光素子から出射された光ビームを第１光記憶媒体上に最適に集光する対物レンズと、第２発光素子から出射された光ビームに第２光記憶媒体で発生される波面収差を補償する回転対称な波面収差を発生させる光学素子と、第２発光素子から出射される光ビームを開口制限する開口制限部材とを含んでいる。
2002063619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームが入射する側の媒体表面から記憶面までの距離及び使用波長の異なる第１及び第２光記憶媒体に記憶された情報を少なくとも再生可能な光記憶装置であって、
第１の波長の光ビームを出射する第１発光素子と；
第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２発光素子と；
前記第１光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する第１光検出器と；
前記第２光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する第２光検出器と；
前記第１及び第２発光素子から出射された光ビームの光路を合成する第１光学素子と；
前記第１発光素子から出射された光ビームをコリメートする該第１発光素子と前記第１光学素子との間に配置された第１コリメータレンズと；
前記第２発光素子から出射された光ビームをコリメートする該第２発光素子と前記第１光学素子との間に配置された第２コリメータレンズと；
前記第１光学素子で合成される光ビームを受ける位置に配置され、前記第１発光素子から出射された光ビームを前記第１光記憶媒体上に最適に集光する対物レンズと；
前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に配置され、前記第２発光素子から出射された光ビームに前記第２光記憶媒体で発生される収差を補償する回転対称な収差を発生させる第２光学素子と；
前記第２発光素子から出射される光ビームを開口制限する開口制限部材と；
を具備したことを特徴とする光記憶装置。
【請求項２】
前記第１光学素子はビームスプリッタから構成される請求項１記載の光記憶装置。
【請求項３】
前記第２光学素子は、前記第２発光素子から出射された光ビームを光ビームの光軸上の光線と、開口制限された光ビームの最外周の光線が平行又は平行に近い光ビームに変換する光学素子である請求項１記載の光記憶装置。
【請求項４】
前記第２光学素子は光ビームが入射する側の第１平面と、該第１平面に対向する第２外周平面と、該第２外周平面に連続して形成された前記第１平面に対向する内周凹部とを有する平凹レンズから構成され、
前記第１コリメータレンズでコリメートされた光ビームの外周部の光線は前記第２外周平面を通過し、残余の光線は前記内周凹部を通過する請求項１記載の光記憶装置。
【請求項５】
前記開口制限部材は前記平凹レンズを保持するレンズホルダから構成される請求項４記載の光記憶装置。
【請求項６】
前記第２コリメータレンズは前記第１コリメータレンズと同一の焦点距離を有しており、前記第２発光素子は前記第２コリメータレンズの焦点から所定距離遠い側に離れた位置に配置される請求項１記載の光記憶装置。
【請求項７】
光ビームが入射する側の媒体表面から記憶面までの距離及び使用波長の異なる第１及び第２光記憶媒体に記憶された情報を少なくとも再生可能な光記憶装置であって、
第１の波長の光ビームを出射する第１発光素子と；
第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２発光素子と；
前記第１光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する第１光検出器と；
前記第２光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する第２光検出器と；
前記第１及び第２発光素子から出射された光ビームの光路を合成する光学素子と；
前記第１発光素子から出射された光ビームをコリメートする該第１発光素子と前記光学素子との間に配置された第１コリメータレンズと；
前記第２発光素子から出射された光ビームをコリメートする該第２発光素子と前記光学素子との間に配置された第２コリメータレンズと；
前記光学素子で合成される光ビームを受ける位置に配置され、前記第１発光素子から出射された光ビームを前記第１光記憶媒体上に最適に集光する対物レンズと；
前記光学素子と前記対物レンズとの間に光ビームの光路に対して斜めに配置され、光ビームが入射する側の第１平面と、該第１平面に対向する外周第２平面と、該外周第２平面に連続して形成された前記第１平面に対向する内周凹部とを有する平凹反射ミラーと；
前記第２発光素子から出射される光ビームを開口制限する開口制限部材とを具備し；
前記平凹反射ミラーの前記第１平面には第１の波長の光ビームを選択的に反射し第２の波長の光ビームを透過する波長選択性反射膜が形成され、前記第２外周平面及び前記内周凹部には全反射膜が形成されており、
前記平凹反射ミラーは、前記第２発光素子から出射された光ビームに前記第２光記憶媒体で発生される収差を補償する回転対称な収差を発生させることを特徴とする光記憶装置。
【請求項８】
前記光学素子はビームスプリッタから構成される請求項７記載の光記憶装置。
【請求項９】
前記第２コリメータレンズでコリメートされた光ビームのうち外周部の光線は前記平凹反射ミラーの前記第２外周平面で反射され、残余の光線は前記内周凹部で反射される請求項７記載の光記憶装置。
【請求項１０】
光ビームが入射する側の媒体表面から記憶面までの距離及び使用波長の異なる第１及び第２光記憶媒体に記憶された情報を少なくとも再生可能な光記憶装置であって、
第１の波長の光ビームを出射する基板上に設けられた第１発光素子と；
第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する前記基板上に設けられた第２発光素子と；
前記第１光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する前記基板上に設けられた第１光検出器と；
前記第２光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する前記基板上に設けられた第２光検出器と；
前記第１発光素子から出射された光ビームをコリメートするコリメータレンズと；
前記コリメータレンズの下流側に配置され、前記第１発光素子から出射された光ビームを前記第１光記憶媒体上に最適に集光する対物レンズと；
前記第１及び第２発光素子と前記コリメータレンズとの間に該第１及び第２発光素子から出射された光ビームの光路に対して斜めに配置され、光ビームが入射する側の第１平面と、該第１平面に対向する第２外周平面と、該第２外周平面に連続して形成された前記第１平面に対向する内周凹部とを有する平凹反射ミラーとを具備し；
前記平凹反射ミラーの前記第１平面上には第１の波長の光ビームを選択的に反射し第２の波長の光ビームを透過する波長選択性反射膜が形成され、前記第２外周平面及び前記内周凹部には全反射膜が形成されており、
前記第２発光素子は前記コリメータレンズの焦点から第１所定距離遠い第１方向に離れ、且つ、第２発光素子から出射した光ビームの中心が前記平凹反射ミラーで反射した後前記コリメータレンズの光軸に一致するように第１の方向と直交する方向に第２所定距離離れて配置されていることを特徴とする光記憶装置。
【請求項１１】
前記第２発光素子から出射した光ビームの外周部の光線が前記第２外周平面で反射され、残余の光線が前記内周凹部で反射される請求項１０記載の光記憶装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般的に光記憶装置に関し、特に、光記憶装置の光ピックアップに関する。
背景技術
光磁気ディスクを含む光ディスクは近年急速に発展するマルチメディア化の中で中核となるメモリ媒体として脚光を浴びており、通常カートリッジケースの中に収容された状態で使用される。光ディスクカートリッジが光ディスク装置内にローディングされ、光ピックアップにより光ディスクに対するデータのリード／ライトが行なわれる。
最近の光ディスク装置の光ピックアップは、小型化を実現するため、レーザダイオード、レーザビームの反射及び透過を行なうビームスプリッタ、光ディスクからの反射光を受光する光検出器等を含んだ固定光学アセンブリと、キャリッジ及びキャリッジに取り付けられた対物レンズを有するアクチュエータを含んだ移動光学アセンブリとから構成される。キャリッジはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）により、一対のレールに沿って光ディスクの半径方向に移動される。
固定光学アセンブリのレーザダイオードから出射されたライトパワーのレーザビームはコリメータレンズによりコリメートされた後、ビームスプリッタを透過し、アクチュエータのビーム立ち上げミラーにより反射されて対物レンズにより光ディスク上にフォーカスされ、光ディスクにデータが書きこまれる。一方、データの読み出しは、光ディスクにリードパワーのレーザビームを照射することにより行なわれる。光ディスクからの反射光は対物レンズによりコリメートビームにされた後、固定光学アセンブリのビームスプリッタにより反射され、この反射光が光検出器で検出されて電気信号に変換される。
一般的に光ピックアップでは、情報の高密度記録及び読み取りのために、光ディスクに照射される光ビームのスポット径をより小さくすることが要求される。光ビームのスポット径を小さくするためには、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくしたり、レーザダイオード等の光源から出射する光ビームの波長を短くしたりすることが有効である。しかし、光源から出射される光ビームの波長を短くすると、波長の長い光ビームを使用していた従来の光ディスクとの互換が問題となる。例えば、対物レンズの場合、開口数（ＮＡ）を大きくすると、光ディスクの傾きによるコマ収差が発生しやすいといった問題があるので、安定して信号を読み取るために従来の光ディスクの透明基板又は保護膜（光が入射する面から記録面までの厚さ）を薄くしている情報記録再生装置（例えばデジタル・ビデオ・ディスク装置（ＤＶＤ装置）がある。また、光源の波長を短くすると、同じ厚さの光ディスクであっても収差を発生しやすいという問題がある。
このようにビームスポット径を小さくする努力により、光ディスクの記録密度は益々向上している。しかし、これまでの光ディスクに格納した情報資産の全てを新しい光ディスクに書き換えていくことは困難であるので、光ディスク装置としては、従来の光ディスクの情報も読み取れる光ピックアップが必要である。
このような光ピックアップの一例が特開平７−１８２６９０号公報に開示されている。この公開公報に記載された光ピックアップは、半導体レーザと、コリメータレンズと、光ビームの合成／分離のためのビームスプリッタと、収差調整用レンズと、対物レンズと、検出光学系と、光検出器とを備えている。収差調整用レンズは対物レンズに向かう光ビームを発散させる凹レンズであり、対物レンズのビーム収束距離を長くする。収差調整用レンズの位置は使用する光ビームの波長に応じて機械的な移動機構によって切り換えられる。
基板（保護膜）が薄い光ディスクが使用される場合には、収差調整用レンズは光ビームの光路から外れるように移動される。発光素子から出射された光ビームはコリメータレンズによってコリメートビームに変換され、ビームスプリッタを透過し、対物レンズで光ディスク上に集光される。光ディスクで反射された光ビームは対物レンズでコリメートビームに変換された後ビームスプリッタで反射し、検出光学系を経て光検出器に入射する。これにより光ディスクに記録された情報が読み取られる。
基板が厚い光ディスクが使用される場合には、収差調整用レンズが光ビームの光路中に移動される。発光素子から出射された光ビームはコリメータレンズによってコリメートビームに変換され、ビームスプリッタ及び収差調整用レンズを透過し、対物レンズで光ディスク上に集光される。光ディスクで反射された光ビームは、対物レンズでコリメートビームに変換された後収差調整用レンズを通り、ビームスプリッタで反射され、検出光学系を経て光検出器に入射する。これにより光ディスクに記録された情報が読み取られる。このとき、収差調整用レンズと対物レンズの間の距離は一定に保たれている。
この光ピックアップは単一の対物レンズを使用して厚さの異なった光ディスクに対して収差を補正している。従って、この光ピックアップは、厚さの異なった光ディスクに対応して設計された２つの異なった光ピックアップを使用する場合よりも安価であり、且つ便利である。しかし、この光ピックアップでは、収差調整用レンズを移動させるための機械的な移動機構が必要である。また、収差調整用レンズと対物レンズの間の距離及び角度は、一定にしなければ収差を補正できないので、収差調整用レンズを厳密な位置に移動させる機構が必要となり、装置が高価になるという欠点がある。
特開２０００−１３２８５９号公報には、単一の対物レンズを使用して厚さの異なる２種類の光ディスクに記録された情報を読み取り可能な他の光ピックアップが開示されている。この光ピックアップは、第１の集積素子ユニットと、第２の集積素子ユニットと、第１の集積素子ユニットの後（下流側）に配置されたコリメータレンズと、第２の集積素子ユニットの後に配置された開口制限部材付平凸レンズと、光ビームを合成／分離するビームスプリッタと、対物レンズとを備えている。第１及び第２の集積素子ユニットはそれぞれ発光素子及び光検出素子を含んでいる。
透明基板（保護膜）が薄い光ディスクが使用される場合には、第１の発光素子から出射された光ビームは、コリメータレンズによってコリメートビームに変換される。このコリメートビームはビームスプリッタを透過し、対物レンズで光ディスク上に集光される。光ディスクで反射された光ビームは対物レンズによりコリメートビームに変換された後、ビームスプリッタを透過し、光検出素子に入射する。
基板が厚い光ディスクが使用される場合には、第２の発光素子から出射された光ビームは、同心円の波面収差が発生する平凸レンズによって最外周の光線が光軸とほぼ平行になるように変換され、開口制限部材によって対物レンズの開口より小さい開口径に制限される。この光ビームはビームスプリッタにより反射され、対物レンズで光ディスク上に集光される。光ディスクで反射された光ビームは対物レンズを通り、ビームスプリッタで反射され、光検出素子に入射する。こうして、光ディスクに記録された情報が読み取られる。
この公開公報に記載された光ピックアップの場合は、特開平７−１８２６９０号公報に記載された光ピックアップのように収差調整用レンズを移動させる必要はないが、発光素子（レーザダイオード）と収差調整用の平凸レンズとの間の距離と角度を厳密に設定する必要がある。収差調整用平凸レンズは、光ビームを完全にコリメートビームに変換していないので、対物レンズを使用して最適な調整を行なうが、対物レンズの配置誤差もあり、組み立て公差が厳しいという問題がある。
特開２０００−９９９８３号公報には、厚さの異なる２種類の光ディスクの情報を再生可能な他の光ピックアップが開示されている。この光ピックアップは、第１の発光素子と第２の発光素子が同一基板上に設けられており、第１及び第２発光素子とコリメータレンズとの間に波長選択膜を有する平行平板とビームスプリッタが配置されている。この光ピックアップでは、ビームスプリッタで反射された光ビームが光検出素子で検出される。
透明基板（保護膜）が薄い光ディスクが使用される場合には、第１の発光素子から出射された光ビームは平行平板の表面で反射される。更に、ビームスプリッタを透過後、コリメータレンズによってコリメートビームに変換され、対物レンズで光ディスク上に集光される。光ディスクで反射された光ビームは対物レンズによりコリメートビームに変換された後、コリメータレンズを透過し、ビームスプリッタで反射され光検出素子に入射する。
基板が厚い光ディスクが使用される場合には、第２の発光素子から出射された光ビームは平行平板の表面で屈折してから裏面で反射され、表面から出射する。このときの光ビームは第１の発光素子から出射された光ビームの光路と一致している。平行平板の表面から出射された光ビームはビームスプリッタを透過後、コリメータレンズによってコリメートビームに変換され、対物レンズで光ディスク上に集光される。光ディスクで反射された光ビームは、対物レンズでコリメートビームに戻された後コリメータレンズを透過し、ビームスプリッタで反射されて光検出素子に入射する。
この光ピックアップでは、第１の発光素子と第２の発光素子から出射される光ビームの波長が近い場合には、コリメータレンズによりコリメートビームにすることができるが、波長がかなり異なる場合、対物レンズで光ディスク上に集光しても収差が発生する。或いは、コリメータレンズと対物レンズの間の距離によっては、対物レンズで光ディスク上に集光しても収差が打ち消せない場合がある。このようなとき、この光ピックアップでは、対物レンズとコリメータレンズの間の距離を固定しなければ、光ディスク上の信号を読むことはできない。
発明の開示
よって、本発明の目的は、媒体の光が入射する面から記録面までの距離の異なる２種類の光記憶媒体に対して収差の小さい良好なビームスポットを結ぶことのできる光ピックアップを具備した光記憶装置を提供することである。
本発明の一つの側面によると、光ビームが入射する側の媒体表面から記憶面までの距離及び使用波長の異なる第１及び第２光記憶媒体に記憶された情報を少なくとも再生可能な光記憶装置であって、第１の波長の光ビームを出射する第１発光素子と；第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２発光素子と；前記第１光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する第１光検出器と；前記第２光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する第２光検出器と；前記第１及び第２発光素子から出射された光ビームの光路を合成する第１光学素子と；前記第１発光素子から出射された光ビームをコリメートする該第１発光素子と前記第１光学素子との間に配置された第１コリメータレンズと；前記第２発光素子から出射された光ビームをコリメートする該第２発光素子と前記第１光学素子との間に配置された第２コリメータレンズと；前記第１光学素子で合成される光ビームを受ける位置に配置され、前記第１発光素子から出射された光ビームを前記第１光記憶媒体上に最適に集光する対物レンズと；前記第２発光素子と前記第１光学素子との間に配置され、前記第２発光素子から出射された光ビームに前記第２光記憶媒体で発生される収差を補償する回転対称な収差を発生させる第２光学素子と；前記第２発光素子から出射される光ビームを開口制限する開口制限部材と；を具備したことを特徴とする光記憶装置が提供される。
第２光学素子は、第２発光素子から出射された光ビームを光ビームの光軸上の光線と、開口制限された光ビームの最外周の光線が平行又は平行に近い光ビームに変換する。好ましくは、第２光学素子は光ビームが入射する側の第１平面と、該第１平面に対向する第２外周平面と、該第２外周平面に連続して形成された第１平面に対向する内周凹部とを有する平凹レンズから構成される。第１コリメータレンズでコリメートされた光ビームの外周部の光線は平凹レンズの第２外周平面を通過し、残余の光線は内周凹部を通過する。好ましくは、開口制限部材は平凹レンズを保持するレンズホルダから構成される。
本発明の他の側面によると、光ビームが入射する側の媒体表面から記憶面までの距離及び使用波長の異なる第１及び第２光記憶媒体に記憶された情報を少なくとも再生可能な光記憶装置であって、第１の波長の光ビームを出射する第１発光素子と；第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する第２発光素子と；前記第１光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する第１光検出器と；前記第２光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する第２光検出器と；前記第１及び第２発光素子から出射された光ビームの光路を合成する光学素子と；前記第１発光素子から出射された光ビームをコリメートする該第１発光素子と前記光学素子との間に配置された第１コリメータレンズと；前記第２発光素子から出射された光ビームをコリメートする該第２発光素子と前記光学素子との間に配置された第２コリメータレンズと；前記光学素子で合成される光ビームを受ける位置に配置され、前記第１発光素子から出射された光ビームを前記第１光記憶媒体上に最適に集光する対物レンズと；前記光学素子と前記対物レンズとの間に光ビームの光路に対して斜めに配置され、光ビームが入射する側の第１平面と、該第１平面に対向する外周第２平面と、該外周第２平面に連続して形成された前記第１平面に対向する内周凹部とを有する平凹反射ミラーと；前記第２発光素子から出射される光ビームを開口制限する開口制限部材とを具備し；前記平凹反射ミラーの前記第１平面には第１の波長の光ビームを選択的に反射し第２の波長の光ビームを透過する波長選択性反射膜が形成され、前記第２外周平面及び前記内周凹部には全反射膜が形成されており、前記平凹反射ミラーは、前記第２発光素子から出射された光ビームに前記第２光記憶媒体で発生される収差を補償する回転対称な収差を発生させることを特徴とする光記憶装置が提供される。
好ましくは、第２コリメータレンズでコリメートされた光ビームのうち外周部の光線は平凹反射ミラーの第２外周平面で反射され、残余の光線は内周凹部で反射される。
本発明の更に他の側面によると、光ビームが入射する側の媒体表面から記憶面までの距離及び使用波長の異なる第１及び第２光記憶媒体に記憶された情報を少なくとも再生可能な光記憶装置であって、第１の波長の光ビームを出射する基板上に設けられた第１発光素子と；第１の波長と異なる第２の波長の光ビームを出射する前記基板上に設けられた第２発光素子と；前記第１光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する前記基板上に設けられた第１光検出器と；前記第２光記憶媒体で反射された反射ビームから再生信号を検出する前記基板上に設けられた第２光検出器と；前記第１発光素子から出射された光ビームをコリメートするコリメータレンズと；前記コリメータレンズの下流側に配置され、前記第１発光素子から出射された光ビームを前記第１光記憶媒体上に最適に集光する対物レンズと；前記第１及び第２発光素子と前記コリメータレンズとの間に該第１及び第２発光素子から出射された光ビームの光路に対して斜めに配置され、光ビームが入射する側の第１平面と、該第１平面に対向する第２外周平面と、該第２外周平面に連続して形成された前記第１平面に対向する内周凹部とを有する平凹反射ミラーとを具備し；前記平凹反射ミラーの前記第１平面上には第１の波長の光ビームを選択的に反射し第２の波長の光ビームを透過する波長選択性反射膜が形成され、前記第２外周平面及び前記内周凹部には全反射膜が形成されており、前記第２発光素子は前記コリメータレンズの焦点から第１所定距離遠い第１方向に離れ、且つ、第２発光素子から出射した光ビームの中心が前記平凹反射ミラーで反射した後前記コリメータレンズの光軸に一致するように第１の方向と直交する方向に第２所定距離離れて配置されていることを特徴とする光記憶装置が提供される。
好ましくは、第２発光素子から出射した光ビームの外周部の光線が平凹反射ミラーの第２外周平面で反射され、残余の光線が内周凹部で反射される。
発明を実施するための最良の形態
図１を参照すると、本発明第１実施形態の光ピックアップ１０Ａの概略構成図が示されている。光ピックアップ１０Ａは４１０ｎｍ用第１集積素子ユニット１２と６８０ｎｍ用第２集積素子ユニット１４を有している。第１集積素子ユニット１２は４１０ｎｍの光ビームを出射するレーザダイオード等の第１発光素子１２ａと、フォトダイオード等の第１光検出素子１２ｂを有している。同様に、第２集積素子ユニット１４は６８０ｎｍの光ビームを出射するレーザダイオード等の第２発光素子１４ａと、フォトダイオード等の第２光検出素子１４ｂを有している。尚、第１及び第２発光素子１２ａ，１４ａから出射される光ビームの波長は媒体の種類に応じて適宜選択可能である。
第１発光素子１２ａから出射された光ビームは４１０ｎｍ用第１コリメータレンズ１６によりコリメートビーム１７に変換され、波長選択性ビームスプリッタ２４に入射する。第１コリメータレンズ１６の開口数（ＮＡ）は０．２であり、コリメートビーム１７のビーム径は４ｍｍである。第１コリメータレンズ１６は第１発光素子１２ａの発光点が第１コリメータレンズ１６の焦点位置となるように配置する。
ビームスプリッタ２４は波長４１０ｎｍの光ビームを透過し、波長６８０ｎｍの光ビームを反射する特性を有している。従って、コリメートビーム１７は波長選択性ビームスプリッタ２４を透過し、開口数（ＮＡ）０．７を有する対物レンズ２６により透明基板（透明保護膜）の厚さが０．６ｍｍの光ディスク２８の記録面上に集光される。即ち、対物レンズ２６は波長４１０ｎｍの光ビームが入射したとき、透明基板の薄い光ディスク２８の記録面上に微小スポットを無収差で結像するように設計されている。
一方、第２発光素子１４ａから出射された波長６８０ｎｍの光ビームは、６８０ｎｍ用第２コリメータレンズ１８でコリメートビーム１９に変換される。即ち、第２コリメータレンズ１８は、第２発光素子１４ａの発光点が第２コリメータレンズ１８の焦点位置となるように配置されている。第２コリメータレンズ１８の後段（下流側）には平凹レンズ２０が配置されている。平凹レンズ２０は対物レンズ２６により厚さ１．２ｍｍの透明基板を有する光ディスク３０の記録面上に集光するときに発生する収差を打ち消すような回転対称な収差を生じさせるものである。
対物レンズ２６が波長４１０ｎｍ用の対物レンズであるため、第２コリメータレンズ１８から出射したコリメートビーム１９は、平凹レンズ２０なしの場合、対物レンズ２６によって透明基板の厚い光ディスク３０の記録面上に集光すると、光ディスク３０において収差が発生し、光ディスク３０の記録面で微小なスポットとならず情報が読み取れない。尚、収差は光ディスクの透明基板の厚さの違いばかりでなく、屈折率や波長の違いによっても発生する。
平凹レンズ２０の下流側には開口制限部材２２が配置されている。コリメートビーム１９は開口制限部材２２を通過することによりそのビーム径が３．３ｍｍに制限される。開口制限部材２２は平凹レンズ２０を通過する光ビームのビーム径を制限することで、対物レンズ２６によって光ビームが光ディスク３０上に集光するときの開口数（ＮＡ）を制限している。従って、第２発光素子１４ａから出射された光ビームの光ディスク３０上で集光するときの開口数（ＮＡ）が、第１発光素子１２ａから出射された光ビームの開口数（ＮＡ）より小さいので、開口制限部材２２の開口径は対物レンズ２６の開口径より小さい。また、第１発光素子１２ａから出射された光ビームの光ディスク３０上で集光する開口数（ＮＡ）が、第２発光素子１４ａから出射された光ビームの光ディスク３０上で集光する開口数（ＮＡ）より小さい場合は、第１発光素子側にも開口制限部材が必要である。
図２を参照して、平凹レンズ２０及び開口制限部材２２につき詳細に説明する。平凹レンズ２０はコリメートビーム１９が入射する側の第１平面２０ａと、該第１平面２０ａに対向する第２外周平面２０ｂと、該第２外周平面２０ｂに連続して形成された第１平面２０ａに対向する内周凹部２０ｃを有している。平凹レンズ２０の厚さは２ｍｍである。平凹レンズ２０の非球面係数は、Ｒ＝１０９．８，Ｋ＝１６５８．７２１，Ａ＝−０．９２１６Ｅ−３，Ｂ＝０．２４９８Ｅ−４，Ｃ＝−０．４１６８２４Ｅ−４，Ｄ＝０．１１３７８７Ｅ−４，Ｅ＝−０．１１８１７０Ｅ−５である。平凹レンズ２０は第１平面２０ａを第２コリメータレンズ１８に対向して配置され、第２コリメータレンズ１８の頂点と平凹レンズ２０の第１平面２０ａとの間の距離は７．６５ｍｍである。
図２に示されるように、開口制限部材２２によって制限される半径位置の平凹レンズ２０は第１平面２０ａと第２外周平面２０ｂが平行な平行平板である。即ち、コリメートビーム１９の外周部の光線が通過する第２外周平面２０ｂは光軸中心と同様に光軸に対して垂直な面となっている。開口制限部材２２により制限されるコリメートビーム１９の最外周部の光線は平凹レンズ２０の第２外周平面２０ｂを通過し、残余の光線は内周凹部２０ｃを通過する。従って、平凹レンズ２０は、開口制限部材２２により制限されるコリメートビーム１９の最外周部の光線と光軸上の光線とが互いに平行であり、光軸と最外周部の光線との間に回転対称な収差を発生させて光ビームを出射させる。
図１及び図２において、平凹レンズ２０の出射光はコリメートビームである。従って、平凹レンズ２０と対物レンズ２２との間の距離を厳密に規定する必要がなく、平凹レンズ２０を固定位置に配置することができる。図２において、開口制限部材２２は開口２２ａを有している。符号３２は平凹レンズ２０通過後の光線の進行方向を示している。開口制限部材２２を設ける換わりに、平凹レンズ２０のレンズホルダを開口制限部材として利用しても良い。
図３Ａは平凹レンズなしの場合の光線の進行方向３４を表したものであり、対物レンズ２６によって光ディスク３０の記録面上に微小なビームスポットを結ぶことができない。図３Ｂは本実施形態の平凹レンズ２０によって発生する収差を波面の進行方向として表した図である。平凹レンズ２０によって対物レンズ２６を使用するときに光ディスク３０上に発生する収差を補償するような回転対称な収差を発生させているため、対物レンズ２６によって光ディスク３０の記録面上に微小なビームスポットを形成することができる。回転対称な収差を有する光線と光軸との角度ずれは１度未満である。
しかして、０．６ｍｍの基板厚を有する光ディスク２８が使用される場合には、第１集積素子ユニット１２が使用される。第１発光素子１２ａから出射された光ビームは第１コリメータレンズ１６によりコリメートビーム１７に変換され、ビームスプリッタ２４を透過し、対物レンズ２６で光ディスク２８上に微小なスポットとして集光される。光ディスク２８で反射された光ビームは対物レンズ２６でコリメートビームに変換された後、ビームスプリッタ２４を透過し、第１光検出素子１２ｂに入射して光ディスク２８に記録された情報が読み取られる。
厚さ１．２ｍｍの基板を有する光ディスク３０を使用する場合には、第２集積素子ユニット１４が使用される。第２発光素子１４ａから出射した光ビームは第２コリメータレンズ１８によりコリメートビーム１９に変換され、平凹レンズ２０及び開口制限部材２２を透過し、ビームスプリッタ２４で反射されて、対物レンズ２６により光ディスク３０の記録面上に微小なスポットとして集光される。光ディスク３０で反射された光ビームは対物レンズ２６によりコリメートビームに変換された後、ビームスプリッタ２４で反射され、開口制限部材２２及び平凹レンズ２０を通過し、更に第２コリメータレンズ１８を通過して第２光検出素子１４ｂに入射し、光ディスク３０に記録された情報が読み取られる。第２発光素子１４ａから出射された光ビームは開口制限部材２２によりそのビーム径が３．３ｍｍに制限されているため、この光ビームに対する対物レンズ２６の開口数（ＮＡ）は０．５５である。
本実施形態の光ピックアップ１０Ａでは、基板の厚さが１．２ｍｍの光ディスク３０に対して、平凹レンズ２０と対物レンズ２６との間の距離が２０ｍｍであり、対物レンズ２６のシーク距離が−２０ｍｍ〜＋２０ｍｍの範囲で０．０７λ以下の良好な収差を得ることができる。また、このときの平凹レンズ２０と対物レンズ２６間の光ビームの最外周の光線角度は光軸に対して１度以下である。
図４を参照すると、本発明第２実施形態の光ピックアップ１０Ｂの概略構成図が示されている。本実施形態の説明及び後続する実施形態の説明において、図１に示した第１実施形態の各構成部分と実質的に同一構成部分については同一符号を付し、重複を避けるためその説明の一部を省略する。本実施形態の光ピックアップ１０Ｂは図１に示した第１実施形態の光ピックアップ１０Ａと類似している。本実施形態の光ピックアップ１０Ｂが第１実施形態の光ピックアップ１０Ａと相違する点は、第１実施形態の第２コリメータレンズ１８の位置に第１コリメータレンズ１６と同じ設計のコリメータレンズ３６を配置し、第２発光素子１４ａを第２コリメータレンズ３６の焦点位置よりも所定距離遠くに配置している点である。例えば、第２コリメータレンズ３６として、ｆ＝８．０ｍｍ，ＮＡ＝０．２，ｎ＝１．６０４の４１０ｎｍ用のコリメータレンズを用いたときには、第２発光素子１４ａは第２コリメータレンズ３６の焦点位置３７から約０．２４８ｍｍ遠くに配置する。
第２発光素子１４ａから出射された光ビームは第２コリメータレンズ３６により実質上コリメートビーム１９に変換される。開口制限部材２２と同じ開口径の半径位置の第２コリメータレンズ３６を通過する光線は、光軸と平行に平凹レンズ２０に入射し、開口制限部材２２で開口制限された光ビームがビームスプリッタ２４で反射されて対物レンズ２６に入射し、対物レンズ２６により光ディスク３０の記録面上に微小なスポットとして集光される。本実施形態によれば、第１及び第２コリメータレンズ１６，３６を共通化できる。
上述した第１及び第２実施形態によれば、回転対称な収差を発生させる光学素子として平凹レンズ２０を使用しているが、平凹レンズ２０に代えて図５に示すような液晶ユニット４０又は図６に示すホログラム４８を使用することもできる。図５に示す液晶ユニット４０において、表面側には穴４３を有する穴明き電極４２が設けられ、裏面側には透明電極４４が設けられている。電源４６により穴明き電極４２と透明電極４４の間に電圧を印加する。穴明き電極４２の穴４３内を光ビームが通過する。符号１９はビーム径を示しており、穴明き電極４２の穴４３とビーム径１９が一致していないのは、印加電圧を高くすると液晶の配向が飽和して中心部に向かって液晶の屈折率が変化するが、周辺部で回りと屈折率差がない領域を作るためである。即ち、曲面で言えば、傾きがゼロの領域に相当する屈折率差がない領域を周辺部で作るためである。一方、図６に示すホログラム４８は、中央部と周辺部で溝パターンの間隔が広く、中間部分で溝パターンの間隔が密になっているホログラムを使用する。
図７を参照すると、本発明第３実施形態の光ピックアップ１０Ｃの概略構成図が示されている。本実施形態では、回転対称な収差を発生させる光学素子として、平凹反射ミラー５０を使用する。平凹反射ミラー５０は光ビームが入射する側の第１平面５０ａと、第１平面５０ａに対向する外周第２平面５０ｂと、外周第２平面５０ｂに連続して形成された第１平面５０ａに対向する内周凹部５０ｃを有している。第１平面５０ａには波長４１０ｎｍの光ビームを反射し、波長６８０ｎｍの光ビームを透過する波長選択性反射膜５２が形成されている。波長選択性反射膜５２は例えば誘電体多層膜から形成される。一方、平凹反射ミラー５０の外周第２平面５０ｂ及び内周凹部５０ｃには全反射膜５４が形成されている。全反射膜５４は波長６８０ｎｍの光のみを反射する波長選択性反射膜が望ましい。
しかして、第１発光素子１２ａから出射された光ビームは第１コリメータレンズ１６でコリメートビーム１７に変換され、ビームスプリッタ２４を透過して平凹反射ミラー５０の第１平面５０ａ上に形成された波長選択性反射膜５２で反射され、対物レンズ２６で光ディスク２８の記録面上に微小スポットとして集光される。一方、第２発光素子１４ａから出射された光ビームは第２コリメータレンズ１８でコリメートビーム１９に変換され、開口制限部材２２で開口制限される。開口制限されたコリメートビーム１９はビームスプリッタ２４で反射され、平凹反射ミラー５０の表面で屈折し、裏面の全反射膜５４で反射する。このとき反射光に変調を加えて対物レンズ２６により光ディスク３０上に形成されるビームスポットの収差を補償するような回転対称な収差を発生させている。
平凹反射ミラー５０の裏面で反射した光ビームは表面で屈折して対物レンズ２６により光ディスク３０の記録面上に集光される。第１発光素子１２ａから出射された光ビームが平凹反射ミラー５０の表面で反射された後の光軸は、第２発光素子１４ａから出射された光ビームが平凹反射ミラー５０の表面で屈折され、裏面で全反射され再度表面で屈折した後の光軸に一致するように、第２発光素子１４ａ及び第２コリメータレンズ１８が配置されている。
図８を参照すると、本発明第４実施形態の光ピックアップ１０Ｄの概略構成図が示されている。本実施形態の集積素子ユニット５６は、同一基板５８上に第１及び第２発光素子１２ａ，１４ａ及び第１及び第２光検出素子１２ｂ，１４ｂが設けられている。波長４１０ｎｍ用コリメータレンズ６０の焦点位置に第１発光素子１２ａが位置付けされている。集積素子ユニット５６とコリメータレンズ６０との間に第１及び第２発光素子１２ａ，１４ａから出射された光ビームの光路に対して斜めに平凹反射ミラー５０が配置されている。
平凹反射ミラー５０は、上述した第３実施形態と同様に、光ビームが入射する側の第１平面５０ａと、第１平面に対向する第２外周平面５０ｂと、第２外周平面５０ｂに連続して形成された第１平面５０ａに対向する内周凹部５０ｃを有している。平凹反射ミラー５０の第１平面５０ａ上には波長４１０ｎｍの光ビームを反射し、波長６８０ｎｍの光ビームを透過する波長選択性反射膜５２が形成されている。第２外周平面５０ｂ及び内周凹部５０ｃ上には全反射膜５４が形成されている。
第２発光素子１４ａは、コリメータレンズ６０の焦点から第１所定距離遠い第１方向に離れ、且つ、第２発光素子１４ａから出射した光ビームの中心が平凹反射ミラー５０の裏面で反射した後、コリメータレンズ６０の光軸に一致するように第１の方向と直交する方向に第２所定距離離れて基板５８上に配置されている。換言すると、第２発光素子１４ａが出射した光ビームがコリメータレンズ６０によってコリメートビーム又はコリメートビームに近い発散波或いは収束波のビームに変換される位置に配置されている。
しかして、第１発光素子１２ａから出射された光ビームは平凹反射ミラー５０の第１平面５０ａ上に設けられた波長選択性反射膜５２により反射され、コリメータレンズ６０によってコリメートビームに変換され、対物レンズ２６で光ディスク２８の記録面上に集光される。一方、第２発光素子１４ａから出射された光ビームは平凹反射ミラー５０の表面で屈折し、裏面に形成された全反射膜５４で反射される。このとき反射光に変調を加えて、対物レンズ６０により光ディスク３０の記録面上に集光したとき発生する収差を補償するような回転対称な収差を発生させる。全反射膜５４で反射された反射光は平凹反射ミラー５０の表面で屈折してコリメータレンズ６０を通過して対物レンズ２６に入射し、対物レンズ２６により光ディスク３０の記録面上に収差のない微小スポットして集光される。
図９を参照すると、本発明の光ピックアップを具備した光記憶装置６１の概略構成図が示されている。ハウジング６２内にはスピンドルモータ６６が設けられており、インレットドア６４を介して光ディスクカートリッジ７０を装置内に挿入すると、内部の光ディスク６８がスピンドルモータ６６の回転軸のハブにチャッキングされ、光ディスク６８のローディングが行なわれる。ローディングされた光ディスク６８の下側には、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）により光ディスクのトラックを横切る方向に移動自在なキャリッジ７４が設けられている。キャリッジ７４上には対物レンズ７６及びビーム立ち上げプリズム７８が搭載されている。
固定光学系７２に設けられているレーザダイオード等の発光素子からの光ビームをビーム立ち上げプリズム７８により反射して対物レンズ７６に入射し、光ディスク６８の記録面にビームスポットをフォーカスしている。対物レンズ７６はフォーカスアクチュエータにより光軸方向に移動制御され、更にトラックアクチュエータにより光ディスクのトラックを横切る半径方向に移動される。
上述した各実施形態の光学系の配置は適宜アレンジ可能であり、ビームスプリッタは共通光路上に導くミラーに置換可能であり、光検出器の光路を別途アレンジ可能である。尚、上述した説明では、光ディスク装置の光ピックアップについて説明したが、光カード装置、光テープ装置等の光学装置に本発明の光ピックアップを応用することも可能である。また、最近研究されている磁気記憶媒体を光学的にトラッキングしたり、熱バイアスをかけて記録・再生する磁気記憶装置も光記憶装置の一種として本明細書では定義する。
産業上の利用可能性
本発明によれば、機械的な移動機構を必要とせずに且つ構成部品の配置精度が厳しくなく、異なる厚さの２種類の光記憶媒体に対して収差の小さい良好なビームスポットを結ぶことのできる光ピックアップが提供される。即ち、一方の発光素子に対して最適化された対物レンズを使用する光ピックアップにおいて、他方の発光素子及び対物レンズを使用するときに光記憶媒体上に発生する収差を補償する回転対称な収差を発生させる光学素子を他方の発光素子の後段に配置することで、異なる厚さ及び使用波長の異なる２種類の光記憶媒体に対して良好なビームスポットを結ぶことができる。また、収差を発生させる光学素子を配置した発光子側の光ビームをコリメートビームに近づけることができるので、ビームスプリッタの入射角依存性を無視することができ、光学系のレイアウトが容易になり、光ピックアップ及び装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明第１実施形態の光ピックアップの概略構成図；
図２は平凹レンズ及び開口制限部材の作用を説明する図；
図３Ａは平凹レンズを有しない光ピックアップでの光ビームの波面をその進行方向に表した図；
図３Ｂは平凹レンズで発生する収差を波面の進行方向に表した図；
図４は本発明第２実施形態の光ピックアップの概略構成図；
図５は回転対称な収差を発生させるのに適した液晶ユニットの概略構成図；
図６は回転対称な収差を発生させるのに適したホログラムの概略構成図；
図７は本発明第３実施形態の光ピックアップの概略構成図；
図８は本発明第４実施形態の光ピックアップの概略構成図；
図９は本発明の光ピックアップを具備した光記憶装置の概略構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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