JP2008052824A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３種類の光記録媒体に対して互換性を有する光ピックアップ装置において、光伝達効率を向上し、光学系に配置される部品点数の増加を抑制し、対物レンズと光記録媒体との衝突の可能性を低減する光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】光ピックアップ装置１は、ＢＤ及びＣＤ用の光ビームの球面収差補正が可能な球面収差補正素子１００と、ＤＶＤ用の光ビームについて球面収差補正が可能な位相シフト素子９を備える。球面収差補正素子１００には、ＣＤ用の光ビームを回折拡散して球面収差補正が可能な第１領域と、第１領域を取り囲むように形成されて、ＢＤ用の光ビームの位相分布を変化させることにより球面収差補正が可能な第２領域が形成される。この第１領域及び第２領域の機能は電気的にオンオフ制御できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光記録媒体に光ビームを照射して情報の読取りや書き込みを可能とする光ピックアップ装置に関し、より詳細には、異なる波長を使用する３種類の光記録媒体に対して互換性を有する光ピックアップ装置に関する。

近年、コンパクトディスク（以下、ＣＤという。）やデジタル多用途ディスク（以下、ＤＶＤという。）といった光記録媒体が普及し、一般的に用いられるようになっている。そして、光記録媒体の情報量を増やすために、光記録媒体の高密度化に関する研究が進められ、例えば、ブルーレイディスク（以下、ＢＤという。）やＨＤ−ＤＶＤといった高密度化された光記録媒体（以下ではこれらを纏めて高密度光ディスクと表現することがある。）も実用化されてきている。

このような光記録媒体の記録再生を行うにあたっては、光記録媒体に光ビームを照射して情報の記録や情報の読取りを可能とする光ピックアップ装置が用いられるが、光記録媒体の種類によって、光ピックアップ装置に用いられる対物レンズの開口数（ＮＡ）や光源の波長が異なってくる。これは、光記録媒体の記録密度が光記録媒体上に集光される光ビームのスポット径によって決まることに関係し、高密度記録を狙ってスポット径を小さくしようとすると、ＮＡを大きくして波長を短くする必要がある。

このＮＡと光源の波長についてＣＤ、ＤＶＤ及びＢＤを例にして示すと、例えば、ＣＤに対しては、対物レンズのＮＡが０．５０、光源の波長が７８０ｎｍ、ＤＶＤに対しては、対物レンズのＮＡが０．６５、光源の波長が６５０ｎｍ、ＢＤに対しては、対物レンズのＮＡが０．８５、光源の波長が４０５ｎｍ、が用いられる。

このように光記録媒体の種類によって、用いられる対物レンズのＮＡや光源の波長が異なるために、光記録媒体毎に異なる光ピックアップ装置を用いることも考えられるが、１つの光ピックアップ装置で複数種類の光記録媒体について情報の読取り等が行える方が便利であり、複数種類の光記録媒体を互換する光ピックアップ装置が多く開発されている。そして、このような光ピックアップ装置の中には、組立て性や装置の小型化等を考慮して、光源から出射された光ビームを光記録媒体に集光する対物レンズを１つのみとする光ピックアップ装置もある。

ところで、光ピックアップ装置に配置する対物レンズを１つとして、複数種類の光記録媒体に対応しようとすると、光記録媒体の種類によって記録層を保護する透明カバー層の厚みが異なるために、光ピックアップ装置の光学系において球面収差が発生する。このため、従来、光ピックアップ装置の中に球面収差を補正することが可能な球面収差補正素子を配置したり、対物レンズに光源から出射された光ビームを発散光や収束光として入射させる有限系の構成を導入したりすることによって球面収差の補正を行っている。

例えば、特許文献１では、高密度光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤに対応する光ピックアップ装置において、対物レンズを高密度光ディスクに適すべく設計し、ＤＶＤ用の光ビームの位相だけを補正して高密度光ディスク用及びＣＤ用の光ビームを位相変化なしに進める第１位相補正器と、ＣＤ用の光ビームの位相だけを補正して高密度光ディスク用及びＤＶＤ用の光ビームを位相変化なしに進める第２位相補正器と、を備えるようにし、単一の対物レンズで３種類の光ディスクを互換して記録及び／または再生できる光ピックアップ装置を提案している。なお、ここでは第１及び第２位相補正器が上述の球面収差補正素子に対応する。

また、特許文献２では、高密度光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤに対応する光ピックアップ装置において、高密度光ディスクに対し、無限系入射により球面収差の波面が最小になるように設計された対物レンズと、矩形溝の高さ及び硝種を選択して波長４０７ｎｍ（高密度光ディスク用）、波長７８０ｎｍ（ＣＤ用）では不感帯をもつ波長選択性により不要な作用はせずに、波長６６０ｎｍ（ＤＶＤ用）の位相補正が十分確保される位相補正素子（球面収差補正素子）と、を備えるようにし、波長７８０ｎｍの対物レンズへの入射光束をカップリングレンズによって所定の発散状態の光束に変換することによって球面収差を変化させる有限系入射の構成とすることにより、単一の対物レンズで３種類の光ディスクを互換する光ピックアップ装置を提案している。

また、特許文献３や特許文献４では、高密度光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤに対応する光ピックアップ装置において、対物レンズの前に配置される開口制限機能を有する素子の表面に、回折格子として機能する構造を形成し、この素子を通過する複数の波長の光ビームについて回折光を生じさせることによって球面収差の補正を可能とし、これを利用して単一の対物レンズで３種類の光ディスクを互換できる光ピックアップ装置を提供できるとしている。なお、特許文献５においては、２種類の光記録媒体に対応する光ヘッド装置についてであるが、光路中に液晶ホログラムを配置し、液晶ホログラムの回折機能を利用して光の利用効率を向上して球面収差の補正ができる技術が紹介されている。
特開２００３−２０７７１４号公報 特開２００４−２４６９３１号公報 特開２００６−７３０７６号公報 特開２００５−３２２３０１号公報 特開平１０−９２０００号公報

しかしながら、特許文献１に示される構成では、対物レンズが大きな開口数を必要とする高密度光ディスクに適すべく設計され、各光源から出射する光ビームが対物レンズに平行光の状態で入射する無限系入射であるために、透明カバー層の厚みが厚く、記録層までの焦点距離が一番遠くなるＣＤを再生等する場合において、図９に示すように対物レンズの先端と光記録媒体との距離であるワーキングディスタンスＷＤ３が極めて短くなり（ＷＤ１＞ＷＤ２＞ＷＤ３）、光記録媒体と対物レンズが衝突する可能性が高くなるという問題がある。

この点、特許文献２に示されるように、波長７８０ｎｍのＣＤ用の光ビームについて、光源の近傍であって異なる波長を有する３種類の光ビームの共通光学系外に配置されるカップリングレンズの調整によって、対物レンズに発散光を入射する有限系入射の構成とすると、ＣＤを再生等する場合のＷＤが拡大するが、この場合には、例えばトラッキング制御等のために対物レンズをシフト（以下、単にレンズシフトと記載することがある。）させた場合に、コマ収差の発生が大きくなって光ピックアップ装置による情報の読取り等の品質が劣化するといった問題がある。

また、特許文献３や４に示されるような、回折格子が形成された透明部材から成る素子を対物レンズの手前に配置して、レンズシフトの際に対物レンズと一体で動くように形成すれば、前述のコマ収差発生の問題、及びＣＤを再生等する場合にＷＤが非常に短くなるといった問題を解消しつつ、各光記録媒体に対して球面収差の問題を解消することも可能となる。しかし、透明部材に回折格子を形成し、それを光ピックアップ装置の光学系に配置する場合には、本来、その部分において回折されることなくそのまま透過するように設定された波長の光ビームについても、その部分を通過する際に透過率が低下するといった問題がある。このため、光ピックアップ装置の光伝達効率について問題が発生する。

また、特許文献５に示されるような液晶ホログラムを用いれば、光伝達効率を向上して球面収差の補正をすることが可能であるが、特許文献５の構成は２種類の光記録媒体に対応するものであり、３種類の光記録媒体に対応しようとする場合には、液晶ホログラムを複数配置する必要があるために、部品点数が増加するといった問題がある。

以上の問題点を鑑みて、本発明の目的は、３種類の光記録媒体に対して互換性を有する光ピックアップ装置において、光伝達効率を向上し、光学系に配置される部品点数の増加を抑制し、対物レンズと光記録媒体との衝突の可能性を低減する光ピックアップ装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、波長λ１、λ２、λ３（λ１＞λ２＞λ３）の光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを光記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置されて球面収差の補正を行う球面収差補正部と、前記対物レンズを少なくともフォーカス方向及びトラッキング方向に駆動するアクチュエータと、を備える光ピックアップ装置において、前記対物レンズは、波長λ３の光ビームが無限系入射した場合に球面収差が最小となるように設計され、前記球面収差補正部は、波長λ１及び波長λ３の光ビームについて発生する球面収差の補正を行う第１収差補正素子と、波長λ２の光ビームについて発生する球面収差の補正を行う第２収差補正素子と、から成り、前記対物レンズ、前記第１収差補正素子、及び前記第２収差補正素子は、前記アクチュエータによって一体的に駆動され、前記第１収差補正素子は、液晶と該液晶を挟む第１及び第２透明電極とを有する液晶素子から成り、前記第１透明電極は、パターン形成されることなく１つの電極から成って共通電極として機能し、前記第２透明電極に形成する電極パターンを２種類とすることにより、前記第１収差補正素子には、異なる機能を発揮する第１領域と該第１領域を取り囲むように配置される第２領域とが形成され、前記第１領域においては、前記電極パターンは同心状の干渉パターンとなっており、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に電圧が印加された場合に、波長λ１の光ビームが回折されて所定の発散角を有する発散光として射出され、前記第２領域においては、前記電極パターンは同心円状の複数の領域を有するように形成されて、前記複数の領域の各々で前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に印加する印加電圧の調整が可能となっており、前記印加電圧の調整により波長λ３の光ビームの位相分布が変化され、前記第２収差補正素子は、透明部材の厚みを階段状に変化させて成る複数の位相シフト領域を有して、波長λ２の光ビームの位相分布を変化し、波長λ１及びλ３の光ビームについては位相分布を変化しないように形成され、前記第２収差補正素子の外周側には、波長λ２の光ビームについて選択的に開口制限を行う開口制限機能が設けられることを特徴としている。

また、上記目的を達成するために本発明は、波長λ１、λ２、λ３（λ１＞λ２＞λ３）の光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを光記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、前記光源と前記対物レンズとの間に配置されて球面収差の補正を行う球面収差補正部と、を備える光ピックアップ装置において、前記球面収差補正部は、波長λ１及び波長λ３の光ビームについて発生する球面収差の補正を行う第１収差補正素子と、波長λ２の光ビームについて発生する球面収差の補正を行う第２収差補正素子と、から成り、前記第１収差補正素子は、波長λ１の光ビームを所定の発散角を有する発散光として射出する第１領域と、前記第１領域を取り囲むように形成されて、波長λ３の光ビームが入射した際に該第２光ビームの位相分布を変化させる第２領域と、を有し、前記第１領域及び前記第２領域が発揮する機能を電気的にオンオフ制御できることを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の光ピックアップ装置において、前記第１収差補正素子は、液晶と該液晶を挟む第１及び第２透明電極とを有する液晶素子から成り、前記第１及び第２透明電極の少なくとも一方に形成する電極パターンを２種類のパターンとすることにより、前記第１領域と前記第２領域とが形成され、前記第１領域においては、前記電極パターンは同心状の干渉パターンとなっており、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に電圧が印加された場合に、波長λ１の光ビームが回折されて前記発散光として射出され、前記第２領域においては、前記電極パターンは同心円状の複数の領域を有するように形成されて、前記複数の領域の各々で前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に印加する印加電圧の調整が可能となっており、前記印加電圧の調整により波長λ３の光ビームの位相分布が変化されることを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の光ピックアップ装置において、前記第２収差補正素子は、複数の位相シフト領域を有して波長λ２の光ビームの位相分布を変化し、波長λ１及びλ３の光ビームについては位相分布を変化しないことを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の光ピックアップ装置において、前記第２収差補正素子は透明部材から成って、前記複数の位相シフト領域は前記透明部材の厚みを階段状に変化させて成ることを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の光ピックアップ装置において、前記第２収差補正素子の外周側には、波長λ２の光ビームについて選択的に開口制限を行う開口制限機能が設けられることを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の光ピックアップ装置において、前記対物レンズを少なくともフォーカス方向及びトラッキング方向に駆動するアクチュエータが備えられ、前記アクチュエータは、前記対物レンズ、前記第１収差補正素子、及び前記第２収差補正素子を一体的に駆動することを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、第１収差補正素子は、液晶素子であって収差補正機能を電気的にオンオフ制御できる構成であるために、光の透過率の不要な減少を抑制でき、光ピックアップ装置における光の伝達効率の向上を可能とする。また、第１収差補正素子は波長の異なる２種類の光ビームに対して球面収差の補正が可能であり、光ピックアップ装置の光学系に配置される部品点数の増加を抑制可能である。

また、第１収差補正素子に設けられる２つの球面収差補正領域のうち、内側の領域における球面収差の補正方法は、対物レンズに所定の発散角を有する発散光を入射して球面収差を打ち消すものであるために、例えば、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの互換性を有する光ピックアップ装置において、その有効径が最も小さく、焦点位置が遠くに設定されるＣＤの記録再生をする場合に、対物レンズの先端と光記録媒体との距離であるワーキングディスタンス（ＷＤ）を、光ビームの位相分布を変化させることによって球面収差の補正を行う場合に比べて拡大できる。このため、対物レンズと光記録媒体の衝突の可能性を低減することが可能となる。

また、対物レンズ、第１収差補正素子、及び第２収差補正素子が、アクチュエータによって一体的に駆動できるために、コマ収差の発生を抑制しやすい。また、第２収差補正素子には、開口制限フィルタが設けられているために、別途開口制限フィルタを設ける必要がないので光ピックアップ装置の光学系の構成が容易となる。

また、本発明の第２の構成によれば、第１収差補正素子は、収差補正機能を電気的にオンオフ制御できる構成であるために、光の透過率の不要な減少を抑制することができ、光ピックアップ装置における光の伝達効率の向上を可能とする。また、第１収差補正素子は波長の異なる２種類の光ビームに対して球面収差の補正が可能であり、光ピックアップ装置の光学系に配置される部品点数の増加を抑制可能となる。

更に、第１収差補正素子に設けられる２つの球面収差補正領域のうち、内側の領域における球面収差の補正方法は、対物レンズに所定の角度を有する発散光を入射して球面収差を打ち消すものであるために、例えば、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの互換性を有する光ピックアップにおいて、その有効径が最も小さく、焦点位置が遠くに設定されるＣＤの記録再生をする場合に、対物レンズの先端と光記録媒体との距離であるワーキングディスタンス（ＷＤ）を、光ビームの位相分布を変化させることによって球面収差の補正を行う場合に比べて拡大できる。このため、対物レンズと光記録媒体の衝突の可能性を低減することが可能となる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の光ピックアップ装置において、第１収差補正素子が液晶素子であるために、収差補正機能を電気的にオンオフ制御できる第１収差補正素子を容易に実現できる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第２又は第３の構成の光ピックアップ装置において、第２収差補正素子による波長λ２の光ビームに発生する球面収差の補正が位相分布を変化させることによるものであるので、回折によって球面収差補正を補正する構成を採用する場合に比べ、第２収差補正素子での光の透過率の低下を極力防ぐことができる。このため、光ピックアップ装置における光伝達効率を向上できる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の光ピックアップ装置において、例えば位相シフト領域を液晶で形成する場合に比べて、第２収差補正素子の重量を軽量とでき、更に配線が不要であるために光ピックアップ装置への組付けが容易である。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第２から第５のうちのいずれかの構成の光ピックアップ装置において、別途開口制限フィルタを設ける必要がないので光ピックアップ装置の光学系の構成が容易となる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第２から第６のうちのいずれかの構成の光ピックアップ装置において、対物レンズ、第１収差補正素子、及び第２収差補正素子が、アクチュエータによって一体的に駆動できるために、コマ収差の発生を抑制しやすい。

以下において、本発明の内容について図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、ここで示す実施形態は一例であり、本発明はここに示す実施形態に限定されるものではない。図１は本発明の光ピックアップ装置の実施形態の光学系を示した概略図である。本実施形態の光ピックアップ装置１は、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤを互換可能に設けられている。

光ピックアップ装置１は、ＣＤ用の７８０ｎｍ帯の光ビームとＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯の光ビームとを出射できる２波長一体型の第１光源２と、ＢＤ用の４０５ｎｍ帯の光ビームを出射できる第２光源３と、それぞれ光源２、３から出射された光ビームを反射すると共に、光記録媒体１５（ＣＤ、ＤＶＤ又はＢＤ）からの反射光を透過して光検出器１３、１４へと導く第１ビームスプリッタ４及び第２ビームスプリッタ５と、入射する光ビームを平行光に変換する第１コリメートレンズ６及び第２コリメートレンズ７と、ＣＤ、ＤＶＤ用の光ビームは反射して、ＢＤ用の光ビームは透過するダイクロプリズム８と、その詳細な構成は後述するがＤＶＤ用の光ビームについて位相分布を変化させ球面収差の補正を可能とするとともに、ＣＤ及びＢＤ用の光ビームについては作用せず透過させる位相シフト素子９（第２収差補正素子）と、その詳細な構成は後述するが、その機能のオンオフ制御によってＣＤ及びＢＤ用の光ビームについて球面収差の補正を行うとともに、ＤＶＤ用の光ビームについては作用しない球面収差補正素子１００（第１収差補正素子）と、入射した光ビームを光記録媒体１５の記録面１５ａに集光させる対物レンズ１１と、ＣＤ／ＤＶＤ（光記録媒体）１５からの反射光を受光して電気信号へと変換する第１光検出器１３と、ＢＤ（光記録媒体）１５からの反射光を受光して電気信号へと変換する第２光検出器１４と、を備える。

本実施形態の光ピックアップ装置１においては、対物レンズ１１はＢＤの情報の読取り等を行う場合に最適に設計されている。この場合、光記録媒体１５の透明カバー層１５ｂの厚みが異なるＤＶＤ／ＣＤの情報の読取り等を行う場合に球面収差が発生する。そこで、光ピックアップ装置１においてはＤＶＤ／ＣＤの情報の読取り時等に球面収差の補正を行えるようにする必要がある。また、ＢＤについては、透明カバー層１５ｂの厚みのばらつき等によって発生する球面収差の影響が大きいために、球面収差の補正値を適宜変更できる構成が好ましい。この点を考慮して、光ピックアップ装置１は設計されている。

なお、本実施形態では対物レンズ１１をＢＤの情報の読取り等を行う場合に最適に設計に対しているが、このように構成しない場合においても、本実施形態と同様にＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤの球面収差の補正が必要な場合があり、必ずしも対物レンズ１１の設計は本実施形態の構成に限定される趣旨ではない。

対物レンズ１１と球面収差補正素子１００と位相シフト素子９とは、対物レンズ１１を少なくともフォーカス方向とトラッキング方向に駆動するアクチュエータ１２に搭載されて一体的に駆動可能となっている。このようなアクチュエータ１２の構成は、永久磁石とコイルとの電磁力を用いて駆動する公知の構成であるために、ここではその詳細な説明は省略する。なお、これらを一体的に駆動する理由は、対物レンズ１１のみを単独で駆動する構成とした場合にはコマ収差の発生が大きくなる可能性があるために、コマ収差の影響を低減するためである。

次に、位相シフト素子９について、図２を参照しながら説明する。なお、図２は、位相シフト素子９の構成を示す概略図で、図２（ａ）は位相シフト素子９の構成を示す概略平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ位置での断面図である。

図２（ａ）に示すように位相シフト素子９においては、同心円状に複数の位相シフト領域が形成されている。この複数の位相シフト領域は、図２（ｂ）に示すように、透明基板１６に階段状の段差を設けて成り、それぞれで透明基板１６の厚みが調整されている。このため、位相シフト素子９を通過する光ビームは、各位相シフト領域で透明基板１６の通過時間に差が生じるために、位相分布に変化を生じることとなる。

この位相シフト素子９の各位相シフト領域のパターン（その横幅と透明基板１６の厚み）は、予めＤＶＤ用の光ビームについて生じる球面収差量を調べておき、これを補正できるように形成すれば良い。なお、ＢＤ及びＣＤ用の光ビームが位相シフト素子９を通過する際には、その光ビームの位相分布に変化が生じては都合が悪いために、例えば、隣接した位相シフト領域の間で生じる位相シフト量が各光ビームの波長の略整数倍となるように調整している。以上のように形成することで、位相シフト素子９は、ＤＶＤ用の光ビームのみ位相分布の変化を生じ、ＢＤ及びＣＤ用の光ビームに対して作用しない。

また、位相シフト素子９には、位相シフト領域が形成されない外周側でＤＶＤ用の光ビームについて開口制限が行えるように、開口制限部１７が設けられている。この開口制限部１７は、例えばＢＤ用の光ビームを透過し、ＤＶＤ用の光ビームを反射するダイクロイックミラーを取り付ける構成や、ＤＶＤ用の光ビームのみを回折し、ＢＤ用の光ビームを透過する回折領域を形成する等によって実現される。なお、ＣＤ用の光ビームは開口制限されても、されなくても構わない。

また、本実施形態では位相シフト素子９に開口制限部１７を設ける構成としているが、開口制限用のフィルタを位相シフト素子９とは別個に設ける構成等としても、もちろん構わない。

次に、球面収差補正素子１００について説明する。図３は、本実施形態の球面収差補正素子１００の構成を示す断面図である。また、図４は、本実施形態の球面収差補正素子１００の構成を示す平面図で、図４（ａ）は図３の下側から見た場合の図で、図４（ｂ）は図３の上側から見た場合の図である。なお、後述するように本実施形態の球面収差補正素子１００はその機能が異なる第１領域と第２領域の２つの領域を有するが、図３及び図４においては、第１領域における第２透明電極１０２ｂのパターンはその詳細を省略した形で示している。

図３及び図４に示されるように、本実施形態の球面収差補正素子１００は、液晶１０１と、液晶１０１を挟むように配置される第１透明電極１０２ａ及び第２透明電極１０２ｂと、液晶１０１と透明電極１０２ａ、１０２ｂとで形成される部分を挟むように配置される２枚の透明基板１０３と、を備える。液晶１０１は、例えばネマティック液晶等から成っており、透明電極１０２ａ、１０２ｂに電圧を印加するとその配向方向が変化する。透明電極１０２ａ、１０２ｂは、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）から成って、液晶１０１に電圧を印加する役割を果たす。透明基板１０３は、例えばガラス等で形成されて、透明電極１０２ａ、１０２ｂを支持する役割を果たす。

透明電極１０２ａ、１０２ｂのうち、第１透明電極１０２ａは、図４（ａ）に示されるように、特にパターン形成されることなく１つの電極から成って共通電極として機能する。一方、第２透明電極１０２ｂは、その詳細は後述するが２種類の電極パターンを有しており、このことにより、球面収差補正素子１００には、それぞれ異なる機能を発揮する第１領域と第２領域とが形成される。

以下、第１領域及び第２領域に分けて球面収差補正素子１００の構成及び作用について説明する。まず、第１領域について図５を参照しながら説明する。なお、図５は、本実施形態における球面収差補正素子１００の第１領域の構成を示す図で、図５（ａ）は第２透明電極１０２ｂ側から第１領域を見た平面図で、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ位置での断面図である。

図５（ａ）に示すように、第１領域に配置される第２透明電極１０２ｂの電極パターンは同心状の干渉パターンとなっている。そして、液晶１０１は、第１透明電極１０２ａと第２透明電極１０２ｂとの間に電圧が印加されていない時には、第１領域の全ての領域で一様な屈折率（ｎ₀）を有し、且つ通過する光ビームに対して作用しないように配向されている。

このため、第１透明電極１０２ａと第２透明電極１０２ｂとの間に電圧が印加されていない場合は、光ビームは第１領域によって作用を受けることなく透過する。一方、両者の間に電圧を印加すると、第１透明電極１０２ａと第２透明電極１０２ｂとの間の液晶１０１（図３（ｂ）参照）は配向方向が変化し、その位置における屈折率が変化する（ｎ₀→ｎ₁）。従って、第１領域には、屈折率がｎ₀である部分と屈折率ｎ₁である部分が同心円状に交互に形成されることとなり、第１領域に入射する光ビームを図６に示すように回折して発散光（例えば＋１次光）を生じることが可能となる。

なお、図６は、本実施形態の球面収差補正素子１００に入射した光ビームが回折されて発散光となって出射する様子を示した模式図である。また、その詳細な構成は図示しないが、第１領域の第２透明電極１０２ｂは全て等電位となっており、球面収差補正素子１００用の駆動回路（図示せず）に一本の配線で接続されている。また、共通電極として機能する第１透明電極１０２ａも１本の配線によって、前述の駆動回路と接続されている。

第１領域における第２透明電極１０２ｂの同心状の干渉パターンは、ＣＤに使用される光ビームが入射した場合に所定の発散角α（図４参照）を有する発散光を出射するように形成されて、これにより、ＣＤ用の光ビームに発生する球面収差を補正することが可能となっている。

このような第２透明電極１０２ｂの同心状の干渉パターンは、例えば、光ピックアップ装置１の第１光源２から出射されて球面収差補正素子１００に入射されるＣＤ用の光ビームと、球面収差補正素子１００で所定の発散角αを有する発散光として出射された後に対物レンズ１１によって光記録媒体（ＣＤ）１５に集光され、その後光記録媒体１５で反射されて対物レンズ１１を通って球面収差補正素子１００に収束して入射する収束光と、が透明基板１０３の第２透明電極１０２ｂが形成される面上で干渉して作るパターンと同じであり、この点を考慮して干渉パターンが形成される。

次に、球面収差補正素子１００の第２領域について、図３、図４及び図７を参照しながら説明する。なお、図７は、球面収差補正素子１００の第２領域を用いて行う球面収差補正を説明するために説明図で、その詳細は後述する。

図４（ｂ）に示すように、第２領域は第１領域を取り囲むように形成される。第２領域においては、第２透明電極１０２ｂの電極パターンは、同心円状の複数の領域を有するように形成される。この同心円状の領域のそれぞれは、接触しないようになっている（図４（ｂ）における黒い円の部分が接触しないように設けられてできる隙間に相当する）。また、この複数の領域には、それぞれ別々に配線１０４が接続されており、複数の領域それぞれについて独立に電位を与えることができるようになっている。なお、配線１０４は、図示しない球面収差補正素子１００用の駆動回路と接続されている。また、複数の領域にうちで、常に同一の電位を与えればよい領域がある場合には、その常に同一の電位を与える領域同士について配線１０４を一本に纏めて、前述の駆動回路と接続する構成等としても構わない。

第２領域においても第１領域の場合と同様に、液晶１０１は、第１透明電極１０２ａと第２透明電極１０２ｂとの間に電圧が印加されていない時には、第２領域の全ての領域で一様な屈折率（ｎ₀）を有し、且つ通過する光ビームに対して作用しないように配向されている。このため、第１透明電極１０２ａと第２透明電極１０２ｂとの間に電圧が印加されていない場合は、光ビームは第２領域によって作用を受けることなく透過する。一方、両者の間に電圧を印加すると、第１透明電極１０２ａと第２透明電極１０２ｂとの間の液晶１０１（図３参照）は配向方向が変化し、その位置における屈折率が変化する。

第２領域においては、上述のように第２透明電極１０２ｂが同心円状の複数の領域を有するように形成されて、それぞれの領域（同心円状の領域）で独立に電位を与えることが可能となっているために、同心円状の領域のそれぞれで、第１透明電極１０２ａと第２透明電極１０２ｂとの間に印加される電圧を調整することができ、各領域（同心円状の領域）で液晶１０２が有する屈折率を制御することが可能となる。

図７（ａ）は、ＢＤを光ピックアップ装置で再生する場合に、ＢＤ用の光ビームに発生する球面収差（実線）を示している。図に示すように、球面収差は光軸から離れた外周側で大きくなる。このため、主に外周側に発生する大きな球面収差を補正すれば、球面収差の発生により再生品質の劣化を抑制することが可能となる。従って、第２領域に第２透明電極１０２ｂのパターンとして形成される同心円状の複数の領域は、外周側において大きくなる球面収差を補正できるように、その領域数及びその面積を決定すれば良い。

そして、上記のように領域数及び面積が決定された同心円状の複数の領域を用い、各領域に印加する印加電圧を調整してＢＤ用の光ビームに発生する球面収差を補正する場合の位相シフトパターンが、図７（ａ）に一点鎖線で示されるパターンである。なお、第１領域においては第１透明電極１０２ａと第２透明電極１０２ｂとの間には電圧が印加されていない。また、正確には、同心円状の複数の領域に発生させる位相シフトパターンは、図７（ａ）に示すパターンと絶対値が同一であって、負の値を発生する必要があるが、図７（ａ）においては便宜上、負の値としていない。

図７（ｂ）は図７（ａ）の球面収差（実線）から位相シフトパターン（一点鎖線）を差し引いた結果を示している。この図からわかるように、ＢＤ用の光ビームは、第２領域に相当する部分で位相分布を変化させるように補正すれば、球面収差が補正できることがわかる。

なお、第１領域と第２領域との大きさは、各領域で球面収差の補正を行う光ビームの有効径や対物レンズの設計によって様々変わる球面収差の発生状況等を考慮して適宜決定される。

また、本実施形態の球面収差補正素子１００においては、透明電極１０２ａ、１０２ｂに電圧を印加した場合に第１領域と第２領域において球面収差補正機能が発揮される構成としているが、これに限定されず、透明電極１０２ａ、１０２ｂに電圧を印加していない場合に球面収差の補正ができ、透明電極１０２ａ、１０２ｂに電圧を印加すると球面収差補正機能を発揮しない構成等としても構わない。

また、本実施形態では、第１透明電極１０２ａを共通電極としているが、第１透明電極１０２ａを第２透明電極１０２ｂと同一の電極パターンを有する構成としても構わない。この場合においても、上記と同様の効果を得ることが可能である。

以上のように構成される光ピックアップ装置１で、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの情報の読取り等を行う場合の動作について、主に図１及び図８を参照しながら説明する。なお、図８は光記録媒体１５に光ビームが集光する場合の様子を示す図で、図８（ａ）は光記録媒体１５がＢＤの場合、図８（ｂ）は光記録媒体１５がＤＶＤの場合、図８（ｃ）は光記録媒体１５がＣＤの場合を示す。

ＢＤ用の光ビームが第２光源３から出射された場合には、第２ビームスプリッタ５、第２コリメートレンズ７、ダイクロプリズム８の順に通過し、図８（ａ）に示すように平行光が位相シフト素子９に入射する。なお、位相シフト素子９に入射する光ビームは、アクチュエータ１２の図示しないベース基板に設けられる開口によって開口制限される。

上述のように、位相シフト素子９は、ＢＤ用の光ビームに作用しない構成とされているために、位相シフト素子９を透過し、球面収差補正素子１００に入射する。球面収差補正素子１００は、ＢＤ用の光ビームが入射する場合には、第１領域においては透明電極１０２ａ、１０２ｂの間に電圧を印加せず、第２領域においてのみ透明電極１０２ａ、１０２ｂに所定の電圧を印加する。これにより、第１領域の回折機能がオフされた状態となり、第２領域の位相分布を制御する機能のみがオンされた状態となる。従って、ＢＤ用の光ビームについて位相分布を変化させて球面収差の補正を行うことが可能となる。

球面収差補正素子１００によって位相分布が変化された光ビームは対物レンズ１１によって光記録媒体（ＢＤ）１５に集光される。光記録媒体１５で反射された光ビームは、往路と同一の光路を通って第２ビームスプリッタ５に入射し、第２ビームスプリッタ５を透過して第２光検出器１４に集光する。

なお、以上においては、ＢＤ用の光ビームが球面収差補正素子１００に入射した場合には第１領域の機能をオフする構成としているが、場合によっては第１領域をオンした状態でＢＤ用の光ビームに発生する球面収差の補正を行う構成としても構わない。

ＤＶＤ用の光ビームが第１光源２から出射された場合には、第１ビームスプリッタ４、第１コリメートレンズ６、ダイクロプリズム８の順に通過し、図８（ｂ）に示すように平行光が位相シフト素子９に入射する。なお、位相シフト素子９に入射する光ビームは、アクチュエータ１２の図示しないベース基板に設けられる開口によって開口制限される。

上述のように、位相シフト素子９にはＤＶＤ用の光ビームに発生する球面収差を補正できるように、複数の位相シフト領域が形成されており、ＤＶＤ用の光ビームは位相補正される。また、位相シフト素子９には、ＤＶＤ用の光ビームを開口制限する開口制限部１７が形成されているために、開口制限部１７に対応してＤＶＤ用の光ビームは開口制限される。

位相シフト素子９によって位相補正及び開口制限された光ビームは、球面収差補正素子１００に入射するが、ＤＶＤ用の光ビームが入射される場合には球面収差補正素子１００の第１領域及び第２領域の機能はオフ（透明電極１０２ａ、１０２ｂ間に電圧が印加されない状態）されているために、作用を受けずに透過する。すなわち、ＤＶＤ用の光ビームは、球面収差補正素子１００によって光の透過率をほとんど低減されない。

球面収差補正素子１００を透過した光ビームは、対物レンズ１１によって光記録媒体（ＤＶＤ）１５に集光される。光記録媒体１５で反射された光ビームは、往路と同一の光路を通って第１ビームスプリッタ４に入射し、第１ビームスプリッタ４を透過して第１光検出器１３に集光する。

ＣＤ用の光ビームが第１光源２から出射された場合には、第１ビームスプリッタ４、第１コリメートレンズ６、ダイクロプリズム８の順に通過し、図８（ｃ）に示すように平行光が位相シフト素子９に入射する。なお、位相シフト素子９に入射する光ビームは、アクチュエータ１２の図示しないベース基板に設けられる開口によって開口制限される。

上述のように、位相シフト素子９は、ＣＤ用の光ビームに作用しない構成とされているために、位相シフト素子９を透過し、球面収差補正素子１００に入射する。球面収差補正素子１００は、ＣＤ用の光ビームが入射する場合には、第２領域においては透明電極１０２ａ、１０２ｂの間に電圧を印加せず、第１領域においてのみ透明電極１０２ａ、１０２ｂに所定の電圧を印加する。これにより、第２領域の位相シフト機能がオフされた状態となり、第１領域の回折機能のみがオンされた状態となる。従って、ＣＤ用の光ビームは、球面収差補正素子１００を通過することにより、所定の発散角αを有する発散光となり、対物レンズ１１を通過して光記録媒体（ＣＤ）１５に至った場合に発生する球面収差を打ち消すことができる。光記録媒体１５で反射された光ビームは、往路と同一の光路を通って第１ビームスプリッタ４に入射し、第１ビームスプリッタ４を透過して第１光検出器１３に集光する。

このように対物レンズ１１に入射する光ビームを発散光とすることによって球面収差を補正する構成とした場合、対物レンズ１１の先端と光記録媒体１５との距離であるワーキングディスタンスＷＤ４（図８（ｃ）参照）を、従来のように光ビームの位相分布を変化させることによって球面収差の補正を行う場合に比べて拡大することができる（ＷＤ４＞ＷＤ３；図８（ｃ）及び図９（ｃ）参照）。従って、対物レンズ１１と光記録媒体１５との衝突の可能性を低減することが可能となる。

なお、以上に示した光ピックアップ装置１では、ＣＤ用の光ビームに対して、ＣＤの使用開口数に適した開口制限を行う構成としていない。この場合、光ビームの外周側の成分はフレア成分となって広がり焦点を結ばない。しかし、このような状況となってもＣＤの再生等の品質を十分確保できるために、部品点数の増加等を考慮して特に開口制限を設けない構成としている。このため、ＣＤ用の光ビームの開口制限を行う素子を別途設けても、もちろん構わない。なお、図８（ｃ）においては有効径に相当する部分の光ビームのみを便宜的に描いている。

以上に示すように、本実施形態の光ピックアップ装置１においては、球面収差補正素子１００がその機能をオンオフ制御できるために光ピックアップ装置１の光伝達効率を向上できる。また、光記録媒体１５と対物レンズ１１の衝突の可能性を低減することもできる。さらに、球面収差補正素子１００が２種類の光ビームについて球面収差の補正が可能であるために、球面収差の補正を行うために必要となる部材の数を低減する効果も有する。

なお、以上に示した光ピックアップ装置１においては、位相シフト素子９に入射するＤＶＤ及びＣＤ用の光ビームを平行光とする構成としたが、例えば第１コリメートレンズ６の位置調整により発散光等として入射する構成としても構わない。なお、この場合にはコマ収差の発生の可能性があるため、発散角に注意が必要となり、場合によってはアクチュエータ１２にチルト補正機能を設ける等して対応することも考えられる。

また、以上に示した光ピックアップ装置１においては、ＤＶＤ用の光ビームについて位相シフト素子９を用いて球面収差を補正する構成としているが、ＤＶＤ用の球面収差を行う素子（第２収差補正素子）の構成は、これに限定される趣旨ではない。すなわち、例えば、図１０に示すような、透明電極２０２の一方を同心円状の複数の領域を有する電極パターンとし、各領域に印加する電圧を調整することで液晶２０１の配向を調整して、通過する光ビームの位相分布を調整する液晶素子２００を用いる構成等としても構わない。なお、図１０は、第２収差補正素子の変形例を示す図で、図１０（ａ）は液晶素子２００の概略断面図、図１０（ｂ）は電極パターンが形成された透明電極２０２の平面図である。また、位相シフト素子９の代わりに、エキスパンダレンズ（その構成は公知であるため、詳細な構成は省略する）等としても構わない。ただし、エキスパンダレンズとする場合には、対物レンズ１１と一体に駆動するのが難しく、コマ収差の問題が発生することも考えられるために、この場合には、例えばアクチュエータ１２にチルト補正機能を設ける等して対応しても良い。

その他、以上においては、ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤを互換可能な光ピックアップ装置について説明したが、光ピックアップ装置が互換可能な光記録媒体の種類がここに示すもの以外の場合にも、もちろん本発明は適用可能である。

本発明の光ピックアップ装置は、複数種類の光記録媒体に対応可能であって、光伝達効率の向上、部品点数の抑制、及び光記録媒体と対物レンズの衝突確率の低減を達成しつつ、球面収差の補正も的確に行えるために非常に有用である。

は、本実施形態のＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤを互換する光ピックアップ装置の光学系の構成を示す概略図である。 は、本実施形態の光ピックアップ装置が備える位相シフト素子の構成を示す概略図である。 は、本実施形態の光ピックアップ装置が備える球面収差補素子の実施形態を示す断面図である。 は、本実施形態の光ピックアップ装置が備える球面収差補素子の実施形態を示す平面図である。 は、本実施形態の球面収差補正素子の第１領域の構成を示す図である。 は、本実施形態の球面収差補正素子に入射した光ビームが回折されて発散光となって出射する様子を示した模式図である。 は、本実施形態の球面収差補正素子の第２領域を用いて行う球面収差補正を説明するために説明図である。 は、本実施形態の光ピックアップ装置において光記録媒体に光ビームが集光する場合の様子を示す図である。 は、従来のＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤを互換する光ピックアップ装置の問題点を説明するために説明図である。 は、第２収差補正素子の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 光ピックアップ装置
２ 第１光源
３ 第２光源
９ 位相シフト素子（第２収差補正素子）
１１ 対物レンズ
１２ アクチュエータ
１５ 光記録媒体
１５ａ 記録面
１６ 透明基板（透明部材）
１７ 開口制限部
１００ 球面収差補正素子（第１収差補正素子）
１０１ 液晶
１０２ａ 第１透明電極
１０２ｂ 第２透明電極

Claims (7)

1. 波長λ１、λ２、λ３（λ１＞λ２＞λ３）の光ビームを出射する光源と、
   前記光源から出射された光ビームを光記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、
   前記光源と前記対物レンズとの間に配置されて球面収差の補正を行う球面収差補正部と、
   前記対物レンズを少なくともフォーカス方向及びトラッキング方向に駆動するアクチュエータと、
   を備える光ピックアップ装置において、
   前記対物レンズは、波長λ３の光ビームが無限系入射した場合に球面収差が最小となるように設計され、
   前記球面収差補正部は、波長λ１及び波長λ３の光ビームについて発生する球面収差の補正を行う第１収差補正素子と、波長λ２の光ビームについて発生する球面収差の補正を行う第２収差補正素子と、から成り、
   前記対物レンズ、前記第１収差補正素子、及び前記第２収差補正素子は、前記アクチュエータによって一体的に駆動され、
   前記第１収差補正素子は、液晶と該液晶を挟む第１及び第２透明電極とを有する液晶素子から成り、
   前記第１透明電極は、パターン形成されることなく１つの電極から成って共通電極として機能し、
   前記第２透明電極に形成する電極パターンを２種類とすることにより、前記第１収差補正素子には、異なる機能を発揮する第１領域と該第１領域を取り囲むように配置される第２領域とが形成され、
   前記第１領域においては、前記電極パターンは同心状の干渉パターンとなっており、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に電圧が印加された場合に、波長λ１の光ビームが回折されて所定の発散角を有する発散光として射出され、
   前記第２領域においては、前記電極パターンは同心円状の複数の領域を有するように形成されて、前記複数の領域の各々で前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に印加する印加電圧の調整が可能となっており、前記印加電圧の調整により波長λ３の光ビームの位相分布が変化され、
   前記第２収差補正素子は、透明部材の厚みを階段状に変化させて成る複数の位相シフト領域を有して、波長λ２の光ビームの位相分布を変化し、波長λ１及びλ３の光ビームについては位相分布を変化しないように形成され、
   前記第２収差補正素子の外周側には、波長λ２の光ビームについて選択的に開口制限を行う開口制限機能が設けられることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 波長λ１、λ２、λ３（λ１＞λ２＞λ３）の光ビームを出射する光源と、
   前記光源から出射された光ビームを光記録媒体の記録面に集光する対物レンズと、
   前記光源と前記対物レンズとの間に配置されて球面収差の補正を行う球面収差補正部と、
   を備える光ピックアップ装置において、
   前記球面収差補正部は、波長λ１及び波長λ３の光ビームについて発生する球面収差の補正を行う第１収差補正素子と、波長λ２の光ビームについて発生する球面収差の補正を行う第２収差補正素子と、から成り、
   前記第１収差補正素子は、波長λ１の光ビームを所定の発散角を有する発散光として射出する第１領域と、前記第１領域を取り囲むように形成されて、波長λ３の光ビームが入射した際に該第２光ビームの位相分布を変化させる第２領域と、を有し、前記第１領域及び前記第２領域が発揮する機能を電気的にオンオフ制御できることを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 前記第１収差補正素子は、液晶と該液晶を挟む第１及び第２透明電極とを有する液晶素子から成り、
   前記第１及び第２透明電極の少なくとも一方に形成する電極パターンを２種類のパターンとすることにより、前記第１領域と前記第２領域とが形成され、
   前記第１領域においては、前記電極パターンは同心状の干渉パターンとなっており、前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に電圧が印加された場合に、波長λ１の光ビームが回折されて前記発散光として射出され、
   前記第２領域においては、前記電極パターンは同心円状の複数の領域を有するように形成されて、前記複数の領域の各々で前記第１透明電極と前記第２透明電極との間に印加する印加電圧の調整が可能となっており、前記印加電圧の調整により波長λ３の光ビームの位相分布が変化されることを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記第２収差補正素子は、複数の位相シフト領域を有して波長λ２の光ビームの位相分布を変化し、波長λ１及びλ３の光ビームについては位相分布を変化しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の光ピックアップ装置。
5. 前記第２収差補正素子は透明部材から成って、前記複数の位相シフト領域は前記透明部材の厚みを階段状に変化させて成ることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップ装置。
6. 前記第２収差補正素子の外周側には、波長λ２の光ビームについて選択的に開口制限を行う開口制限機能が設けられることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
7. 前記対物レンズを少なくともフォーカス方向及びトラッキング方向に駆動するアクチュエータが備えられ、
   前記アクチュエータは、前記対物レンズ、前記第１収差補正素子、及び前記第２収差補正素子を一体的に駆動することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。

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