JP2011081870A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化／軽量化が可能な光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】第１レーザー光を放射する第１光放射器１１、第２レーザー光及び第３レーザー光を放射する第２光放射器１２、第１レーザー光を第１光記録媒体５に合焦させ、第２レーザー光を第２光記録媒体５に合焦させ、第３レーザー光を第３光記録媒体５に合焦させる対物レンズ２０、第１レーザー光を反射し第２レーザー光又は第３レーザー光を透過するビームスプリッタ１６、ビームスプリッタ１６からの第１乃至第３レーザー光を反射し、対物レンズ２０からの戻り光を透過するハーフミラー１７、第１乃至第３レーザー光を平行光に変換し上記戻り光が入射するコリメートレンズ１８、上記戻り光を光電変換する光検出器２２を用いて光ピックアップ装置を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、小型で軽量な光ピックアップ装置を提供する技術に関する。

近年、青紫色（青色）波長帯４００ｎｍ〜４２０ｎｍのレーザー光（例えば４０５ｎｍ）を用いたＢＤ（Blu-ray Disk）規格の大容量の光記録媒体の普及が進んでいる。これら光記録媒体の記録／再生に用いられる光ピックアップ装置（Optical Pickup Unit）は、赤色波長帯６４５ｎｍ〜６７５ｎｍのレーザー光により記録／再生が行われるＤＶＤ（Digital Versatile Disk）規格の光記録媒体、赤外波長帯７６５ｎｍ〜８０５ｎｍのレーザー光により記録／再生が行われるＣＤ（Compact Disk）規格の光記録媒体にも対応する必要がある。

これらの規格に対応した光ピックアップ装置に関し、例えば特許文献１には、波長４０５ｎｍの光ビームを第１光記録媒体の記録面上に適切に集光させる対物レンズと、波長６５０ｎｍの光ビームに位相差分布を与え、波長４０５ｎｍの光ビームには位相差分布を与えない光学素子とを組み合わせ、波長４０５ｎｍの光ビームを他の光ディスクの記録面上に適切に集光させるように設計された対物レンズと、波長７８０ｎｍの光ビームに位相差分布を与え、波長４０５ｎｍの光ビームには位相差分布を与えない光学素子とを組み合わせ、これら２つの組合せにより、第１乃至第３の光記録媒体、および他の光ディスクの４種類の記録媒体に対し、情報の記録または再生を行うことが開示されている。

特開２００５−２０９２９９号公報

光ピックアップ装置を用いたＡＶ機器やコンピュータ等の製品には常にポータビリティや省スペース化が求められており、これらに搭載される光ピックアップ装置は小型で軽量であることが要求される。しかし例えば上記特許文献１のように対物レンズを複数用いる構成とすると光学系の部品数が必然的に多くなる。また対物レンズを複数用いた場合には、それらを駆動するためのアクチュエータ等の制御系の構造が複雑化し上記要求に応えることが難しくなる。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、小型で軽量な光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一つは、回転する光記録媒体に光束を照射し、前記光記録媒体から反射される光束を検出する光ピックアップ装置であって、
第１の前記光記録媒体の記録／再生に用いられる第１波長の第１レーザー光を放射する第１光放射器と、
第２の前記光記録媒体の記録／再生に用いられる第２波長の第２レーザー光、及び第３の前記光記録媒体の記録／再生に用いられる第３波長の第３レーザー光を放射する第２光放射器と、
前記第１レーザー光を前記第１光記録媒体の信号記録面に合焦させ、前記第２レーザー光を前記第２光記録媒体の信号記録面に合焦させ、前記第３レーザー光を前記第３光記録媒体の信号記録面に合焦させる対物レンズと、
反射面を有し、前記反射面の前方から入射する前記第１レーザー光を反射し、前記反射面の後方から入射する、前記第２レーザー光又は前記第３レーザー光を透過するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタから入射する前記第１乃至第３レーザー光を反射し、前記第１乃至第３レーザー光の前記対物レンズからの戻り光を透過するハーフミラーと、
前記ハーフミラーによって反射された前記第１乃至第３レーザー光を平行光に変換し、前記対物レンズからの戻り光が入射するコリメートレンズと、
前記ハーフミラーを透過した前記第１乃至第３レーザー光の戻り光を光電変換する光検出器と
を備えることとする。

本発明によれば、３波長互換の対物レンズ、１つの光検出器、２つの光放射器（第１光放射器及び第２光放射器）、１つのコリメートレンズ、１つのビームスプリッタ、１つのハーフミラー、及び３波長互換の光検出器という最小限の部品数で３波長互換の光ピックアップ装置を実現している。このため、光ピックアップ装置の小型化／軽量化／低コスト化を図ることができる。また対物レンズが１つで済むため、従来に比べてアクチュエータなどの制御系の構成を大幅に簡素化することができ、信頼性及び耐久性の高い光ピックアップ装置を構成することができる。

尚、第１光記録媒体は例えばＢＤ（Blu-ray Disk）規格もしくはＨＤ−ＤＶＤ（High Definition Digital Versatile Disk）規格の光記録媒体であり、第１波長は例えば４０５ｎｍである。また第２光記録媒体は例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disk）規格の光記録媒体であり、第２波長は例えば６５５ｎｍである。また第３光記録媒体は例えばＣＤ（Compact Disk）規格の光記録媒体であり、第３波長は例えば７８５ｎｍである。

また上記光ピックアップ装置は、第１レーザー光を回折させ、第１レーザー光の偏光方向を変換する第１回折格子、及び第２レーザー光及び第３レーザー光を回折させ、第２レーザー光及び第２レーザー光の偏光方向を変換する第２回折格子、
コリメートレンズから入射する、第１レーザー光、第２レーザー光、又は第３レーザー光を直線偏光光から円偏光光に変換し、対物レンズから入射する、第１レーザー光の戻り光、第２レーザー光の戻り光、又は第３レーザー光の戻り光を円偏光光から直線偏光光に変換する１／４波長板などをさらに備えていてもよい。

本発明の他の一つは、上記光ピックアップ装置であって、
前記第２光放射器と前記ビームスプリッタとの間に設けられ、前記第２光放射器からの前記第２レーザー光及び前記第３レーザー光が入射するカップリングレンズ
をさらに備えることとする。

このように第２光放射器とビームスプリッタとの間に第２レーザー光及び第３レーザー光が入射するカップリングレンズを設けることで、カップリングレンズ、コリメートレンズ、及び対物レンズを含む前記第２レーザー光の光路に沿った光学系の合計光学倍率を下げることができる。このため、第２光放射器として、例えばパルセーションレーザー素子などの出力の小さな素子を採用することができ、第２光放射器の選択肢が拡がり、光ピックアップ装置の小型化／軽量化／低コスト化を図ることができる。

尚、上記カップリングレンズとしては、例えば、コリメートレンズ、及び対物レンズを含む第１レーザー光の光路に沿った第１光学系の合計光学倍率が約１１倍となり、カップリングレンズ、コリメートレンズ、及び対物レンズを含む第２レーザー光の光路に沿った第２光学系の合計光学倍率が５．５〜６．０倍となるようなものを選択する。

第１レーザー光は、例えば青紫色波長帯４００ｎｍ〜４２０ｎｍであり、第２レーザー光は、例えば赤色波長帯６４５ｎｍ〜６７５ｎｍであり、第３レーザー光は、例えば赤外波長帯７６５ｎｍ〜８０５ｎｍである。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、小型で軽量な光ピックアップ装置を提供することができる。

光ピックアップ装置１の光学系の構成を示す図である。 光記録媒体記録再生装置２００の一例を示すブロック図である。 第１実施例における対物レンズ２０の仕様を示す図である。 第１光記録媒体５の主点の位置を説明する図である。 第１実施例における対物レンズ２０のコリメートレンズ１８側のレンズ面の動径半径及び非球面係数を示す図である。 第１実施例における対物レンズ２０の光記録媒体５側のレンズ面の動径半径及び非球面係数を示す図である。 位相関数式Φ（ｒ）を示す図である。 回折格子が設けられる範囲、及び回折格子の断面形状を示す図である。 １／４波長板１９から対物レンズ２０に入射する第１レーザー光が、対物レンズ２０によって第１光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子を示す図である。 １／４波長板１９から対物レンズ２０に入射する第２レーザー光が、対物レンズ２０によって第２光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子を説明する図である。 １／４波長板１９から対物レンズ２０に入射する第３レーザー光が、対物レンズ２０によって第３光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子を説明する図である。 対物レンズ２０のブレーズの高さ（横軸）と、第１レーザー光（２次回折光）、第２レーザー光（１次回折光）、第３レーザー光（１次回折光）の夫々についての回折構造７０による回折効率（縦軸）の関係を示すグラフである。 トラッキング誤差検出のためのＤＰＰ信号を比較した結果を示すグラフである。 第２実施例における対物レンズ２０の仕様を示す図である。 第２実施例における対物レンズ２０のコリメートレンズ１８側の動径半径及び非球面係数を示す図である。 第２実施例における対物レンズ２０の光記録媒体５側のレンズ面の動径半径及び非球面係数を示す図である。 回折格子が設けられる範囲、及び回折格子の断面形状を示す図である。 １／４波長板１９から対物レンズ２０に入射する第１レーザー光が、対物レンズ２０によって第１光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子を示す図である。 １／４波長板１９から対物レンズ２０に入射する第２レーザー光が、対物レンズ２０によって第２光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子を説明する図である。 １／４波長板１９から対物レンズ２０に入射する第３レーザー光が、対物レンズ２０によって第３光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子を説明する図である。 対物レンズ２０のブレーズの高さ（横軸）と、第１レーザー光（２次回折光）、第２レーザー光（１次回折光）、第３レーザー光（１次回折光）の夫々についての回折構造７０による回折効率（縦軸）の関係を示すグラフである。 トラッキング誤差検出のためのＤＰＰ信号を比較した結果を示すグラフである。

以下、発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

［第１実施例］
本実施形態において説明する光ピックアップ装置１は、回転する光記録媒体５に光束を照射し、光記録媒体５から反射される光束を検出する装置である。光ピックアップ装置１は、例えば後述する光記録媒体記録再生装置２００などの情報記録再生装置に実装される。光ピックアップ装置１によって情報の記録又は再生が行われる光記録媒体５は、例えば、ＢＤ（Blu-ray Disk）規格の光記録媒体５（以下、第１光記録媒体５と称する。）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）規格の光記録媒体５（以下、第２光記録媒体５と称する。）、ＣＤ（Compact Disk）規格の光記録媒体５（以下、第３光記録媒体５と称する。）などである。

図１に本実施形態において説明する、光記録媒体の信号再生もしくは信号記録に用いられる光ピックアップ装置１の光学系の構成を示している。同図に示すように、光ピックアップ装置１は、第１レーザー光源１１、第２レーザー光源１２、第１回折格子１３、第２回折格子１４、カップリングレンズ１５（ダイバーレンズ）、偏光ビームスプリッタ１６、ハーフミラー１７、コリメートレンズ１８、１／４波長板１９、対物レンズ２０、検出レンズ２１、及び光検出器２２を含む。

第１レーザー光源１１は、第１光記録媒体の信号再生／信号記録を行う第１波長（青紫色（青色）波長帯４００ｎｍ〜４２０ｎｍ（例えば４０５ｎｍ））の第１レーザー光を放射する。第１レーザー光源１１は、例えば半導体レーザー等の発光素子を用いて構成される。

第２レーザー光源１２は、第２光記録媒体の信号再生／信号記録を行う第２波長（赤色波長帯６４５ｎｍ〜６７５ｎｍ（例えば６５５ｎｍ））の第２レーザー光、及び第３光記録媒体の信号再生もしくは信号記録を行う第３波長（赤外波長帯７６５ｎｍ〜８０５ｎｍ（例えば７８５ｎｍ））の第３レーザー光を放射する。

第２レーザー光源１２は、例えば２波長レーザーダイオード等の半導体レーザーを用いて構成される。また第２レーザー光源１２は、好ましくは所定の周波数範囲で自励振動により発信する低ノイズタイプのレーザー光放射素子（例えばパルセーションレーザー（Pulsation Laser）素子）を用いて構成される。

第１レーザー光源１１と偏光ビームスプリッタ１６との間に配置される第１回折格子１３には、第１レーザー光源１１から放射される第１レーザー光が入射する。第１回折格子１３は、第１レーザー光を、０次光、＋１次回折光、及び−１次回折光に分離する回折格子、及び、入射する第１レーザー光を偏光ビームスプリッタ１６の偏光面に対してＳ偏光の直線偏光光に変換する１／２波長板を構成要素とする。

第２レーザー光源１２と偏光ビームスプリッタ１６との間に配置される第２回折格子１４には、第２レーザー光源１２から放射される、第２レーザー光又は第３レーザー光が入射する。第２回折格子１４は、入射するレーザー光を、０次光、＋１次回折光及び−１次回折光に分離する回折格子、及び、入射する第２レーザー光又は第３レーザー光を偏光ビームスプリッタ１６の偏光面に対してＰ偏光の直線偏光光に変換する１／２波長板を構成要素とする。

第２回折格子１４と偏光ビームスプリッタ１６との間に配置されるカップリングレンズ１５は、第２レーザー光源１２から入射する第２レーザー光又は第３レーザー光の発散角度を変換する。カップリングレンズ１５としては、例えば正の焦点距離を有するダイバージェントレンズ（Divergent Lenz）が用いられる。

同図に示す光学系において、コリメートレンズ１８及び対物レンズ２０を含む第１レーザー光の光路に沿った光学系（以下、第１光学系と称する。）の合計光学倍率は１１倍程度となり、一方、カップリングレンズ１５、コリメートレンズ１８、及び対物レンズ２０を含む、第２レーザー光又は第３レーザー光の光路に沿った光学系（以下、第２光学系と称する。）の合計光学倍率は５．５〜６．０倍程度となる。

ここで同図に示すように、本実施形態の光ピックアップ装置１は、第１光学系と第２光学系とでコリメートレンズ１８と対物レンズ２０を共用する構成であるため、第２光学系の合成倍率が必然的に高くなるが、第２回折格子１４と偏光ビームスプリッタ１６との間にカップリングレンズ１５を介在させていることで、第２光学系の合成倍率を低く抑えることができる。このため、第２レーザー光源１２として、放射出力が小さく安価なものを選択することができる。

偏光ビームスプリッタ１６は、第１回折格子１３から入射するＳ偏光の第１レーザー光を反射し、カップリングレンズ１５から入射するＰ偏光のレーザー光（第２レーザー光又は第３レーザー光）を透過する。偏光ビームスプリッタ１６は、大きさの異なる２つの直角プリズム１６ａ，１６ｂを、夫々の斜面を対向させて接合した略キューブ形状を呈している。２つのプリズム１６ａ，１６ｂの接合面には、第１レーザー光、第２レーザー光、及び第３レーザー光の反射／透過特性が、本実施形態で述べる特性を有するような膜構造（誘電体多層膜等）の偏光面が形成されている（例えば特開２００６−３３１５９４号公報を参照）。

ハーフミラー１７は、偏光ビームスプリッタ１６で反射されて入射するＳ偏光の第１レーザー光、及び、偏光ビームスプリッタ１６を透過して入射するＰ偏光のレーザー光（第２レーザー光又は第３レーザー光）をコリメートレンズ１８の方向に反射する。またハーフミラー１７は、コリメートレンズ１８から入射する、第１レーザー光の戻り光、第２レーザー光又は第３レーザー光の戻り光を透過する。

コリメートレンズ１８は、ハーフミラー１７から入射する、第１レーザー光、第２レーザー光、又は第３レーザー光を平行光に変換する。コリメートレンズ１５によって変換された、第１レーザー光、第２レーザー光、又は第３レーザー光の平行光は、１／４波長板１９に入射する。

１／４波長板１９は、コリメートレンズ１８から入射する、第１レーザー光、第２レーザー光、又は第３レーザー光を、直線偏光光から円偏光光に変換する。また１／４波長板１９は、対物レンズ２０から入射する、第１レーザー光の戻り光、第２レーザー光の戻り光、又は第３レーザー光の戻り光を、円偏光光から直線偏光光に変換する。

対物レンズ２０は、第１乃至第３波長に対応した３波長互換のレンズである。対物レンズ２０は、１／４波長板１９から入射する、第１レーザー光、第２レーザー光、又は第３レーザー光を、夫々が対応する光記録媒体５の信号記録層に集光させる。尚、３波長互換の対物レンズ２０の構造や機能については後述する。

光記録媒体５において反射した、第１レーザー光の戻り光、第２レーザー光の戻り光、又は第３レーザー光の戻り光は、対物レンズ２０によって平行光に変換されて１／４波長板１９に入射し、１／４波長板１９によって円偏光光から直線偏光光に変換される。直線偏光光となった戻り光は、コリメートレンズ１８を通過してハーフミラー１７を透過し、検出レンズ２１に入射する。

検出レンズ２１は、戻り光を光検出器２２上に集光させるとともに、戻り光に非点収差を発生させてフォーカスエラー信号を生成する。検出レンズ２１は、例えばシリンドリカルレンズ、トーリックレンズ、アナモフィックレンズ又は光軸に対して傾けられた平行平板により形成されている。

光検出器２２は、受光した戻り光を光電変換する。光検出器２２は、例えばフォトダイオード等の受光素子を用いて構成される。光検出器２２は、複数に分割された光検出領域（例えば第１回折格子１３又は第２回折格子１４により分割された第１乃至第３のレーザー光の夫々に対応する受光領域が、夫々１２分割（フォーカス制御方式として差動非点収差法を採用する場合）又は８分割（差動非点収差法を採用しない場合）された光検出領域）を有する。第１乃至第３のレーザー光の夫々に対応する受光領域は、複数のレーザー光によって兼用（例えば第１レーザー光と第２レーザー光で兼用）する構成としてもよい。

尚、第１乃至第３のレーザー光の夫々に対応する受光領域は、夫々が受光するレーザー光以外のレーザー光の回折光（不要回折光）によるスポットが集光されない位置に設定されている（例えば特開２００７−１６４９６２号公報を参照）。光検出器２２によって検出された信号に基づく信号再生動作や信号記録動作、第１光検出器２０によって検出された信号の処理方法、ＤＰＰ（Differential Push Pull）等によるトラッキング誤差検出方法、非点収差法等によるフォーカス誤差検出方法等についてはいずれも周知であるので詳細は省略する。

図２は、以上に説明した光ピックアップ装置１を用いて構成される光記録媒体記録再生装置２００の一例を示すブロック図である。同図に示すように、この光記録媒体記録再生装置２００は、前述した光ピックアップ装置１の構成を備えるとともに、スピンドルモータ２０２、モーター駆動回路２０３、レーザードライバ２０４、アクセス機構２０５、変調回路２０６、増幅回路２０７、復調回路２０８、フォーカス制御回路２０９、トラッキング制御回路２１０、チルト制御回路２１１、光学特性補正回路２１２、システム制御装置２１３、及び外部装置２１４をさらに備える。

同図において、スピンドルモータ２０２は、光記録媒体５を回転させる。モーター駆動回路２０３は、システム制御装置２１３から送られてくる制御信号に応じてスピンドルモータ２０２の回転を制御する。

アクセス機構２０５は、システム制御装置２１３から送られてくる制御信号に応じて光ピックアップ装置１を光記録媒体５の径方向（ラジアル方向）に移動させる。

レーザードライバ２０４は、変調回路２０６から入力される信号に応じて第１レーザー光源１１及び第２レーザー光源１２から放射するレーザー光の出力を制御する。

変調回路２０６は、システム制御装置２１３から入力される、光記録媒体５に記録するデータを記録用のパルス信号に変調する。光記録媒体５に記録する上記データは、例えばシステム制御装置２１３を介してパーソナルコンピュータ等の外部装置２１４から随時供給される。

増幅回路２０７は、光ピックアップ装置１の光検出器２２から出力される電気信号に含まれているＲＦ信号（RF:Radio Frequency）を増幅し、復調回路２０８に出力する。復調回路２０８は、増幅回路２０７から入力されるＲＦ信号を復調してシステム制御装置２１３に出力する。システム制御装置２１３は、復調回路２０８から入力される復調信号に基づくデータ信号を外部装置２１４に出力する。

フォーカス制御回路２０９、トラッキング制御回路２１０、及びチルト制御回路２１１は、対物レンズ２０の駆動制御を行う。このうちフォーカス制御回路２０９は、光ピックアップ装置１の光検出器２２から出力される電気信号に含まれるフォーカスエラー信号を検出し、検出したフォーカスエラー信号に基づき対物レンズ２０のフォーカス制御を行う。トラッキング制御回路２１０は、光ピックアップ装置１の光検出器２２から出力される電気信号に含まれるトラッキングエラー信号を検出し、検出したトラッキングエラー信号に基づき対物レンズ２０のトラッキング制御を行う。チルト制御回路２１１は、光ピックアップ装置１の光検出器２２から出力される電気信号に含まれるチルトエラー信号を検出し、検出したチルトエラー信号に基づき対物レンズ２０のチルト制御を行う。

光学特性補正回路２１５は、温度変化に基づく対物レンズの光学特性の劣化を補正する。また光学特性補正回路２１５は、光記録媒体５ごとのカバー厚の違いや多層構造の光記録媒体における各相のカバー厚の違いによって生じる球面収差を補正する。この補正方式は、例えば対物レンズ２０に入射する光束の設計値に対する発散／集束の度合いを利用する倍率特性方式、及び、液晶素子を用いて逆極性の球面収差を発生させて球面収差を補正する球面収差方式などがある。光学特性補正回路２１５は、例えばコリメートレンズ１８を光軸方向に移動させて光学特性を補正する（例えば特開２００８−２３４８０３号公報を参照。）。

＝対物レンズ＝
本実施形態の光ピックアップ装置１における対物レンズ２０は、樹脂や硝子等の素材からなる。前述したように対物レンズ２０は第１乃至第３波長に対応した３波長互換のレンズであって、第１波長（４０５ｎｍの青色光）の第１レーザー光を第１光記録媒体５の信号記録面に集光（スポットを形成）し、第２波長（６５５ｎｍの赤色光）の第２レーザー光を第２光記録媒体５の信号記録面に集光し、第３波長（７８５ｎｍの赤外光）の第３レーザー光を第３光記録媒体５の信号記録面に集光する。

図３に対物レンズ２０の仕様を示している。同図に示すように、対物レンズ２０の有効径（直径）は３．５０ｍｍである。同図に示すように、対物レンズ２０は、第１光記録媒体５の記録／再生に際しては開口数（以下、ＮＡ（Numerical Aperture）と表記する。）が０．８５のレンズとして機能し、第２光記録媒体５の記録／再生に際してはＮＡが０．６０のレンズとして機能し、第３光記録媒体５の記録／再生に際してはＮＡが０．４７のレンズとして機能する。

図３に示すように、第１レーザー光を用いて行われる第１光記録媒体５への記録／再生時における作動距離ＷＤ（Working Distance）は０．４７ｍｍ、第２レーザー光を用いて行われる第２光記録媒体５への記録／再生時における作動距離ＷＤは０．８１ｍｍ、第３レーザー光を用いて行われる第３光記録媒体５への記録／再生時における作動距離ＷＤは０．８１ｍｍである。

図４に第１光記録媒体５の集光点（合焦点）を基準とする対物レンズ２０の主点位置を示している。同図に示すように、対物レンズ２０の前側主点Δ１（＋）の位置は、面頂間の距離（入射面頂と出射面頂との間の距離）をｄとして、＋０．４０≦Δ１／ｄ≦＋０．６０の範囲である。また後側主点Δ２（−）の位置は、−０．５０≦Δ２／ｄ≦−０．２０の範囲である。

図５Ａは対物レンズ２０の形状を図６に示す位相関数式Φ（ｒ）で表した場合における、対物レンズ２０のコリメートレンズ１８側のレンズ面の動径半径及び非球面係数である。また図５Ｂは対物レンズ２０の形状を図６に示す位相関数式Φ（ｒ）で表した場合における、対物レンズ２０の光記録媒体５側のレンズ面の動径半径及び非球面係数である。尚、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、ｒは動径半径であり、ｃｃはコーニック係数である。

対物レンズ２０のコリメートレンズ１８側の表面の所定範囲には、回折構造７０が設けられている。コリメートレンズ１８から対物レンズ２０に入射する第１乃至第３レーザー光は、対物レンズ２０の屈折効果又は上記回折構造７０の回折効果によって第１乃至第３レーザー光を第１乃至第３光記録媒体５の信号記録面に集光される。

図７に、対物レンズ２０のレンズ面の回折構造７０が設けられている範囲、及び回折構造７０の断面形状を示している。同図に示すように、第１実施例の対物レンズ２０では、対物レンズ２０の０．２０＜ＮＡ≦０．６０の範囲（回折エリア）に回折構造７０としてブレーズ回折格子が設けられている。対物レンズ２０のコリメートレンズ１８側のレンズ面には、対物レンズ２０の光軸を中心として同心円状に複数のブレーズが形成されている。各ブレーズの高さは２．６７μｍである。尚、０．２０＜ＮＡ≦０．４７の範囲（第１回折エリア）と０．４７＜ＮＡ≦０．６０の範囲（第２回折エリア）とでは形成されているブレーズの形状が異なる。

図８Ａ乃至図８Ｃは、いずれも対物レンズ２０を側方から眺めた図である。これらの図には、対物レンズ２０の屈折効果又は回折構造７０の回折効果によって第１乃至第３光記録媒体５の信号記録面に第１乃至第３レーザー光が集光される様子が示されている。

図８Ａは、第１レーザー光が、対物レンズ２０によって第１光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子である。同図に示すように、対物レンズ２０の屈折効果によって、対物レンズ２０のＮＡ≦０．２０（第２非回折エリア）、又は０．６０＜ＮＡの範囲（第１非回折エリア）に入射した第１レーザー光（０次光）は第１光記録媒体５の信号記録面に合焦する。一方、０．２０＜ＮＡ≦０．６０の範囲（回折エリア＝第１回折エリア＋第２回折エリア）に入射する第１レーザー光は、回折構造７０によって４次回折光となり、スポットの形成には基本的に寄与しない。

図８Ｂは、第２レーザー光が、対物レンズ２０によって第２光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子である。同図に示すように、０．２０＜ＮＡ≦０．６０の範囲（回折エリア＝第１回折エリア＋第２回折エリア）に入射した第２レーザー光は回折構造７０によって回折され、これにより生じた２次回折光が第２光記録媒体５の信号記録面に合焦している。尚、回折構造７０のブレーズが形成されていない範囲（ＮＡ≦０．２０（第２非回折エリア）又は０．６０＜ＮＡ（第１非回折エリア））における屈折光は、スポットの形成に基本的に寄与しない。これは対物レンズ２０のレンズ面の曲面形状が第１レーザー光（ＢＤ規格）に合わせた曲率の大きな形状になっているからである。

図８Ｃは、第３レーザー光が、対物レンズ２０によって第３光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子である。同図に示すように、０．２０＜ＮＡ≦０．４７の範囲（第１回折エリア）に入射した第３レーザー光が回折構造７０によって回折されることにより生じる２次回折光が、第３光記録媒体５の信号記録面に合焦する。尚、回折構造７０のブレーズが形成されていない範囲（ＮＡ≦０．２０（第２非回折エリア）又は０．６０＜ＮＡ（第１非回折エリア））における屈折光はスポットの形成に基本的に寄与しない。これは対物レンズ２０のレンズ面の曲面形状が第１レーザー光（ＢＤ規格）に合わせた曲率の大きな形状になっているからである。

図９は対物レンズ２０のブレーズの高さ（横軸）と、第１レーザー光（４次回折光）、第２レーザー光（２次回折光）、第３レーザー光（２次回折光）の夫々についての回折構造７０による回折効率（縦軸）の関係を示すグラフである。同図に示すように、ブレーズの高さを２．６７μｍとした場合には、第２レーザー光（１次回折光）及び第３レーザー光（１次回折光）のいずれについても高い回折効率（いずれも９０％以上）が得られることがわかる。

図１０は、以上に説明した３波長互換の対物レンズ２０、及び比較対象として用意した第１レーザー光専用の（ＢＤ規格の）対物レンズ２０の夫々について、トラッキング誤差検出のためのＤＰＰ信号を比較した結果を示すグラフである。グラフの横軸は第１光記録媒体５の表面に設けられているグルーブから隣接グループへのスポットの移動番号であり、縦軸はＤＰＰ信号の大きさである。同図に示すように、本実施形態の３波長互換の対物レンズ２０を用いても、そのＤＰＰ信号は第１レーザー光専用の対物レンズ２０を用いた場合のＤＰＰ信号とほぼ一致しており、３波長互換の対物レンズ２０によっても有効にトラッキング誤差検出を行えることがわかる。

以上に説明したように、本実施例の光ピックアップ装置１にあっては、第１レーザー光についてはその屈折光（０次光）が第１光記録媒体５の信号記録面に合焦する。このため、第１レーザー光について高い光利用効率を得ることができる。またこのように第１レーザー光についてはこのように屈折光を用いることで、超解像現象によりサイドローブの強度が増して隣接ピットと干渉することによるノイズの発生を効果的に防ぐことができる。

また第２レーザー光及び第３レーザー光については、夫々の２次回折光が第２光記録媒体５又は第３光記録媒体５の信号記録面に合焦する。このため、第２レーザー光及び第３レーザー光のいずれについても高い光利用効率を得ることができる。また３波長互換の対物レンズ２０であるにも拘わらず、第１乃至第３のいずれの光記録媒体５についても対物レンズ２０における光記録媒体５の信号記録面を覆う透明基板表面までの作動距離ＷＤを十分確保することができる。

［第２実施例］
第２実施例の光ピックアップ装置１は、第１実施例の光ピックアップ装置１と基本的な構成は共通するが、対物レンズ２０の構成が第１実施例とは異なる。

図１１に第２実施例の対物レンズ２０の仕様を示している。同図に示すように、第２実施例の対物レンズ２０は、その有効径が５．００ｍｍであり、第１実施例の対物レンズ２０の有効径に比べて大きい。

また同図に示すように、第１レーザー光を用いて行われる第１光記録媒体５への記録／再生時における作動距離ＷＤは０．８２ｍｍ、第２レーザー光を用いて行われる第２光記録媒体５への記録／再生時における作動距離ＷＤは１．２７ｍｍ、第３レーザー光を用いて行われる第３光記録媒体５への記録／再生時における作動距離ＷＤは２．７０ｍｍである。

図１２Ａは第２実施例の対物レンズ２０の仕様を図６に示す位相関数式Φ（ｒ）で表した場合における、対物レンズ２０のコリメートレンズ１８側のレンズ面の動径半径及び非球面係数である。また図１２Ｂは第２実施例の対物レンズ２０の仕様を図６に示す位相関数式Φ（ｒ）で表した場合における、対物レンズ２０の光記録媒体５側のレンズ面の動径半径及び非球面係数である。尚、図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、ｒは動径半径であり、ｃｃはコーニック係数である。

第１実施例の場合と同様に、対物レンズ２０のコリメートレンズ１８側の表面の所定範囲には回折構造７０が設けられており、コリメートレンズ１８から対物レンズ２０に入射する第１乃至第３レーザー光は、対物レンズ２０の屈折効果又は回折構造７０の回折効果によって第１乃至第３レーザー光を第１乃至第３光記録媒体５の信号記録面に集光される。

図１３に、対物レンズ２０の回折構造７０が設けられる範囲、及び回折構造７０の断面形状を示している。同図に示すように、対物レンズ２０の０．１４＜ＮＡ≦０．６０の範囲（回折エリア）に回折構造７０としてブレーズ回折格子が形成されている。同図に示すように、対物レンズ２０の光軸を中心として同心円状に複数のブレーズが形成されている。各ブレーズの高さは１．３３μｍである。尚、０．１４＜ＮＡ≦０．４７の範囲（第１回折エリア）と０．４７＜ＮＡ≦０．６０の範囲（第２回折エリア）とでは形成されているブレーズの形状は形状が異なる。

図１４Ａ乃至図１４Ｃは、いずれも対物レンズ２０を側方から眺めた図である。これらの図には、対物レンズ２０の屈折効果又は回折構造７０の回折効果によって第１乃至第３光記録媒体５の信号記録面に第１乃至第３レーザー光が集光される様子が示されている。

図１４Ａは、第１レーザー光が、対物レンズ２０によって第１光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子である。同図に示すように、対物レンズ２０の屈折効果によって、対物レンズ２０のＮＡ≦０．１４（第２非回折エリア）、又は０．６０＜ＮＡの範囲（第１非回折エリア）に入射した第１レーザー光（０次光）は、第１光記録媒体５の信号記録面に合焦する。一方、０．１４＜ＮＡ≦０．６０の範囲（回折エリア＝第１回折エリア＋第２回折エリア）に入射する第１レーザー光は、回折構造７０によって回折されてスポットの形成には基本的に寄与しない。

図１４Ｂは、第２レーザー光が、対物レンズ２０によって第２光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子である。同図に示すように、対物レンズ２０の０．１４＜ＮＡ≦０．６０の範囲（回折エリア＝第１回折エリア＋第２回折エリア）に入射した第２レーザー光が回折構造７０によって回折され、これにより生じた１次回折光が第２光記録媒体５の信号記録面に合焦している。尚、回折構造７０のブレーズが形成されていない範囲（ＮＡ≦０．１４（第２非回折エリア）又は０．６０＜ＮＡ（第１非回折エリア））における屈折光は、スポットの形成に基本的に寄与しない。これは対物レンズ２０のレンズ面の曲面形状が第１レーザー光（ＢＤ規格）に合わせた曲率の大きな形状になっているからである。

図１４Ｃは、第３レーザー光が、対物レンズ２０によって第３光記録媒体５の信号記録面に合焦する様子である。同図に示すように、０．１４＜ＮＡ≦０．４７の範囲（第１回折エリア）に入射した第３レーザー光が回折構造７０によって回折され、これにより生じた１次回折光が第３光記録媒体５の信号記録面に合焦している。尚、回折構造７０のブレーズが形成されていない範囲（ＮＡ≦０．１４（第２非回折エリア）又は０．６０＜ＮＡ（第１非回折エリア））における屈折光はスポットの形成に基本的に寄与しない。これは対物レンズ２０のレンズ面の曲面形状が第１レーザー光（ＢＤ規格）に合わせた曲率の大きな形状になっているからである。

図１５は対物レンズ２０のブレーズの高さ（横軸）と、第１レーザー光（２次回折光）、第２レーザー光（１次回折光）、第３レーザー光（１次回折光）の夫々についての、回折構造７０による回折効率（縦軸）の関係を示すグラフである。同図に示すように、ブレーズの高さを１．３３μｍとした場合には、回折構造７０が形成されている範囲（０．１４＜ＮＡ≦０．６０の範囲（回折エリア））における第１レーザー光（２次回折光）の回折効率は６０％以下となり、光記録媒体５への集光光には殆ど寄与しないことがわかる。また第２レーザー光（１次回折光）及び第３レーザー光（１次回折光）のいずれについても高い回折効率（いずれも９０％以上）が得られることがわかる。

図１６は、以上に説明した３波長互換の対物レンズ２０、及び比較対象として用意した第１レーザー光専用の（ＢＤ規格の）対物レンズ２０の夫々について、トラッキング誤差検出のためのＤＰＰ信号を比較した結果を示すグラフである。グラフの横軸は第１光記録媒体５の表面に設けられているグルーブから隣接グルーブへのスポットの移動番号であり、縦軸はＤＰＰ信号の大きさである。同図に示すように、本実施形態の３波長互換の対物レンズ２０を用いても、そのＤＰＰ信号は第１レーザー光専用の対物レンズ２０を用いた場合のＤＰＰ信号とほぼ一致しており、３波長互換の対物レンズ２０によっても有効にトラッキング誤差検出を行えることがわかる。

以上に説明したように、本実施例の光ピックアップ装置１においては、第１レーザー光についてはその屈折光（０次光）が第１光記録媒体５の信号記録面に合焦する。このため、第１レーザー光について高い光利用効率を得ることができる。また第１レーザー光についてこのように０次光を用いることで、超解像現象によりサイドローブの強度が増して隣接ピットと干渉することによるノイズの発生を防ぐことができる。

また第２レーザー光及び第３レーザー光については、夫々の１次回折光が第２光記録媒体又は第３光記録媒体５の信号記録面に合焦する。このため、第２レーザー光及び第３レーザー光のいずれについても高い光利用効率を得ることができる。

また第２レーザー光及び第３レーザー光については、第２非回折エリアにより集光される夫々のレーザー光を第２光記録媒体５又は第３光記録媒体５の信号記録面に夫々合焦させないようになっている。そのため、第２光記録媒体５又は第３光記録媒体５において対物レンズ２０の作動距離ＷＤを確保するのに有利である。特にＣＤ（第３記録媒体５）の場合には、信号記録面を覆う透明基板の厚みが第１又は第２の光記録媒体５（ＤＶＤ又はＢＤ）に比べて厚いために対物レンズ２０の作動距離ＷＤの確保が困難であるが、このように第２非回折エリアにより集光されるレーザー光を信号記録面に合焦させないことで対物レンズ２０の作動距離ＷＤを十分に確保することができる。このため、３波長互換の対物レンズ２０であるにも拘わらず、第１乃至第３のいずれの光記録媒体５についても十分な作動距離ＷＤを確保することができる。

以上、実施の形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば以上の実施形態では、対物レンズ２０の表面に回折構造を設けているが、対物レンズ２０とは別体に回折構造を設けてもよい。また回折構造は回折格子に限らずホログラム等であってもよい。

１ 光ピックアップ装置
５ 光記録媒体
１１ 第１レーザー光源
１２ 第２レーザー光源
１３ 第１回折格子
１４ 第２回折格子
１５ カップリングレンズ
１６ 偏光ビームスプリッタ
１７ ハーフミラー
１８ コリメートレンズ
１９ １／４波長板
２０ 対物レンズ
２１ 検出レンズ
２２ レーザー光源

Claims (6)

1. 回転する光記録媒体に光束を照射し、前記光記録媒体から反射される光束を検出する光ピックアップ装置であって、
   第１の前記光記録媒体の記録／再生に用いられる第１波長の第１レーザー光を放射する第１光放射器と、
   第２の前記光記録媒体の記録／再生に用いられる第２波長の第２レーザー光、及び第３の前記光記録媒体の記録／再生に用いられる第３波長の第３レーザー光を放射する第２光放射器と、
   前記第１レーザー光を前記第１光記録媒体の信号記録面に合焦させ、前記第２レーザー光を前記第２光記録媒体の信号記録面に合焦させ、前記第３レーザー光を前記第３光記録媒体の信号記録面に合焦させる対物レンズと、
   反射面を有し、前記反射面の前方から入射する前記第１レーザー光を反射し、前記反射面の後方から入射する、前記第２レーザー光又は前記第３レーザー光を透過するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタから入射する前記第１乃至第３レーザー光を反射し、前記第１乃至第３レーザー光の前記対物レンズからの戻り光を透過するハーフミラーと、
   前記ハーフミラーによって反射された前記第１乃至第３レーザー光を平行光に変換し、前記対物レンズからの戻り光が入射するコリメートレンズと、
   前記ハーフミラーを透過した前記第１乃至第３レーザー光の戻り光を光電変換する光検出器と
   を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 請求項１に記載の光ピックアップ装置であって、
   前記第２光放射器と前記ビームスプリッタとの間に設けられ、前記第２光放射器からの前記第２レーザー光及び前記第３レーザー光が入射するカップリングレンズ
   をさらに備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
3. 請求項２に記載の光ピックアップ装置であって、
   前記コリメートレンズ、及び前記対物レンズを含む前記第１レーザー光の光路に沿った第１光学系の合計光学倍率が約１１倍であり、前記カップリングレンズ、前記コリメートレンズ、及び前記対物レンズを含む前記第２レーザー光の光路に沿った第２光学系の合計光学倍率が５．５〜６．０倍である
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。
4. 請求項１に記載の光ピックアップ装置であって、
   前記第１レーザー光を回折させ、前記第１レーザー光の偏光方向を変換する第１回折格子、及び
   前記第２レーザー光及び前記第３レーザー光を回折させ、前記第２レーザー光及び前記第２レーザー光の偏光方向を変換する第２回折格子
   をさらに備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
5. 請求項１に記載の光ピックアップ装置であって、
   前記コリメートレンズから入射する、前記第１レーザー光、前記第２レーザー光、又は前記第３レーザー光を直線偏光光から円偏光光に変換し、前記対物レンズから入射する、前記第１レーザー光の戻り光、前記第２レーザー光の戻り光、又は前記第３レーザー光の戻り光を円偏光光から直線偏光光に変換する１／４波長板
   をさらに備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
6. 請求項１に記載の光ピックアップ装置であって、
   前記第１レーザー光は青紫色波長帯４００ｎｍ〜４２０ｎｍであり、
   前記第２レーザー光は赤色波長帯６４５ｎｍ〜６７５ｎｍであり、
   前記第３レーザー光は赤外波長帯７６５ｎｍ〜８０５ｎｍである
   ことを特徴とする光ピックアップ装置。

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