JP2012226816A - 光ピックアップ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで位相段差による収差発生のなく、所望のスポット品質を得ることができ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は、レーザ光を出射するレーザ光源１，２と、レーザ光源１，２から出射されるレーザ光を光ディスクの記録層に集光させる対物レンズ９，１３と、レーザ光源１，２と対物レンズ９，１３との間の光路上に配置された回折素子４とを備え、回折素子４は、遮蔽物で構成される回折格子のデューティを中心部から外側に向かって階段状に小さくすることで、０次光透過率を変化させる。
【選択図】図１
【解決手段】光ピックアップ装置は、レーザ光を出射するレーザ光源１，２と、レーザ光源１，２から出射されるレーザ光を光ディスクの記録層に集光させる対物レンズ９，１３と、レーザ光源１，２と対物レンズ９，１３との間の光路上に配置された回折素子４とを備え、回折素子４は、遮蔽物で構成される回折格子のデューティを中心部から外側に向かって階段状に小さくすることで、０次光透過率を変化させる。
【選択図】図１
Description
本発明はＢＤやＤＶＤ、ＣＤのように、記録密度の異なる複数の光ディスクに対応した記録再生用光ピックアップ装置、並びに該光ピックアップ装置を搭載した光ディスク装置に関するものである。
ＤＶＤ、ＣＤに比べて、ＢＤは極めて高密度に信号を記録するため、良好な記録・再生特性を得るためには、光ディスク上の光スポットサイズを十分に小さく絞る必要がある。ここで光スポットのサイズを小さく絞るためには対物レンズの開口数を大きくするか、ＢＤ光学系の倍率を高く設定する必要がある。なお、ここにいう倍率とは図１０に示すように、符号３０に示す集光光学系における焦点距離に対する、符号３１に示すコリメート光学系における焦点距離の比である。以降、集光光学系の焦点距離に対するコリメート光学系の焦点距離の比を単に倍率と述べる事にする。また図１０には図示しないが、コリメート光学系は単一のレンズだけに限定されず、複数のレンズを用いて構成しても良い。この場合は、これら複数のレンズによる合成焦点距離がコリメート光学系の焦点距離となる。
従来、ＢＤ光学系の倍率は略１４．０倍、ＤＶＤ光学系の倍率は略６．０倍が最適な設計値とされており、ＢＤ／ＤＶＤでコリメートレンズを共有化する場合、少なくともどちらか一方に合成焦点距離を補正するレンズを用いることで異なる倍率を実現していた。
前記合成焦点距離を補正するレンズを搭載した光学構成に対して、誘電体多層膜フィルタもしくは矩形断面回折格子の採用により、焦点距離補正レンズを必要としないコリメート光学系が提案されている。例えば特許文献１等参照。
従来、ＢＤ光学系の倍率は略１４．０倍、ＤＶＤ光学系の倍率は略６．０倍が最適な設計値とされており、ＢＤ／ＤＶＤでコリメートレンズを共有化する場合、少なくともどちらか一方に合成焦点距離を補正するレンズを用いることで異なる倍率を実現していた。
前記合成焦点距離を補正するレンズを搭載した光学構成に対して、誘電体多層膜フィルタもしくは矩形断面回折格子の採用により、焦点距離補正レンズを必要としないコリメート光学系が提案されている。例えば特許文献１等参照。
しかしながら，誘電体多層膜フィルタの場合，素子内部で領域を分割して多層膜を形成する必要があり，非常に高コストになる。また，矩形断面回折格子の場合には格子幅を変化させることによって位相段差が生じ，収差が発生してしまう。従来のＤＶＤ／ＣＤであれば位相段差によって発生する収差量についても許容できたが、より高精度が要求されるＢＤにおいては性能を満足できるレベルに収まらない。
そこで、本発明は、上記の問題を解決すべく、低コストで位相段差による収差発生のなく、所望のスポット品質を得ることができる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に、本発明の光ピックアップ装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を光ディスクの記録層に集光させる対物レンズと、前記レーザ光源と前記対物レンズとの間の光路上に配置された回折素子とを備え、前記回折素子は、遮蔽物で構成される回折格子のデューティを中心部から外側に向かって階段状に小さくすることで、０次光透過率を変化させる、ことを特徴とする光ピックアップ装置である。また、前記回折素子の格子方向θは、３０ｄｅｇ≦｜θ｜≦９０ｄｅｇであることが望ましい。
本発明の光ピックアップ装置は、互いに発振波長の異なる第１のレーザ光源および第２のレーザ光源と、第１のレーザ光源から出射した第１の光ビームまたは第２のレーザ光源から出射した第２の光ビームを光ディスクに集光させる対物レンズとを搭載した光ピックアップ装置において、第１のレーザ光源を出射した第１の光ビームが光ディスクに向かう光路中に、前記光ビームの中心部近傍が通過する領域に比べて前記光ビームの外縁部近傍が通過する領域の０次光の透過率が高くなるよう、中心部から外縁部に向けて回折格子のデューティを小さくし、かつ前記回折格子は金属膜のような遮光体で形成された回折素子を搭載する。
本発明の光ピックアップ装置は、互いに発振波長の異なる第１のレーザ光源および第２のレーザ光源と、第１のレーザ光源から出射した第１の光ビームまたは第２のレーザ光源から出射した第２の光ビームを光ディスクに集光させる対物レンズとを搭載した光ピックアップ装置において、第１のレーザ光源を出射した第１の光ビームが光ディスクに向かう光路中に、前記光ビームの中心部近傍が通過する領域に比べて前記光ビームの外縁部近傍が通過する領域の０次光の透過率が高くなるよう、中心部から外縁部に向けて回折格子のデューティを小さくし、かつ前記回折格子は金属膜のような遮光体で形成された回折素子を搭載する。
上記の構成によれば、低コストで位相段差による収差発生なく所望のスポット品質を得ることができる光ピックアップ装置を提供できる。
［１．光ピックアップの構成］
図１は光ピックアップ装置の概略図である。符号１は発振波長が４０５ｎｍ帯の半導体レーザ光源、符号２は発振波長６５０ｎｍ帯の半導体レーザ光源を表している。
半導体レーザ光源１を出射した光ビームは、３スポット用回折格子３を通過した後、本発明の遮光型回折格子４に入射する。この遮光型回折格子４は、光ビームの中心部近傍が通過する領域に比べて光ビームの外縁部近傍が通過する領域の０次光の透過率が高くなるよう、中心部から外縁部に向けて回折格子のデューティを小さくし、かつ回折格子はＣｒなどの金属膜のような遮光体で形成された回折素子である。
遮光型回折格子４によって光強度分布を補正された光ビームはビームスプリッタ５を反射して、コリメートレンズ６に入射する。コリメートレンズ６によって略平行光となった光ビームは立ち上げミラー７を透過した後、立ち上げミラー８ を反射して、４０５ｎｍ用対物レンズ９に入射する。対物レンズ９によってディスク１４に集光された光ビームは、ディスク１４の情報面で反射され往路で反射したビームスプリッタ５を透過した後、ビームスプリッタ１０、検出レンズ１１を透過して、検出器２０に入射する。
半導体レーザ光源２を出射した光ビームは３スポット用回折格子１２を通過した後、ビームスプリッタ１０を反射、ビームスプリッタ５を透過してコリメートレンズ６に入射する。コリメートレンズによって略平行光となった光ビームは立ち上げミラー７で反射して、６５０ｎｍ用対物レンズ１３に入射する。対物レンズ１３によってディスク１５に集光された光ビームはディスク１５の情報面で反射され往路で反射したビームスプリッタ１０を透過した後、検出レンズ１１を透過して、検出器２０に入射する。
図１は光ピックアップ装置の概略図である。符号１は発振波長が４０５ｎｍ帯の半導体レーザ光源、符号２は発振波長６５０ｎｍ帯の半導体レーザ光源を表している。
半導体レーザ光源１を出射した光ビームは、３スポット用回折格子３を通過した後、本発明の遮光型回折格子４に入射する。この遮光型回折格子４は、光ビームの中心部近傍が通過する領域に比べて光ビームの外縁部近傍が通過する領域の０次光の透過率が高くなるよう、中心部から外縁部に向けて回折格子のデューティを小さくし、かつ回折格子はＣｒなどの金属膜のような遮光体で形成された回折素子である。
遮光型回折格子４によって光強度分布を補正された光ビームはビームスプリッタ５を反射して、コリメートレンズ６に入射する。コリメートレンズ６によって略平行光となった光ビームは立ち上げミラー７を透過した後、立ち上げミラー８ を反射して、４０５ｎｍ用対物レンズ９に入射する。対物レンズ９によってディスク１４に集光された光ビームは、ディスク１４の情報面で反射され往路で反射したビームスプリッタ５を透過した後、ビームスプリッタ１０、検出レンズ１１を透過して、検出器２０に入射する。
半導体レーザ光源２を出射した光ビームは３スポット用回折格子１２を通過した後、ビームスプリッタ１０を反射、ビームスプリッタ５を透過してコリメートレンズ６に入射する。コリメートレンズによって略平行光となった光ビームは立ち上げミラー７で反射して、６５０ｎｍ用対物レンズ１３に入射する。対物レンズ１３によってディスク１５に集光された光ビームはディスク１５の情報面で反射され往路で反射したビームスプリッタ１０を透過した後、検出レンズ１１を透過して、検出器２０に入射する。
［２．遮光型回折格子の機能］
ここで図２（ａ）に示すように、例えば半導体レーザ光源１を出射する光ビームの強度分布はガウス分布であるため、光学フィルタ素子４（遮光型回折格子４）に入射する光ビームの強度分布もガウス分布となり、その模式図を符号５０で示す。本実施例において遮光型回折素子４は、光ビームが通過する中心部から外縁部にむけて段階的に格子幅を小さくしており、中心部付近に比べて外縁部付近の０次光透過率を高く設定している。そのため遮光型回折素子４を通過した光ビームの強度分布は、図２（ｃ）の符号５１に示すように中心部付近の光強度が低くなる。なお中心部付近の光強度を低くする事で、遮光型回折素子４を通過した後の光ビームの光強度分布は、通過する前に比べてフラットな状態に近づく。なお遮光型回折素子４の０次光透過率の領域分割は図２（ｂ）に示すように、多段階的に透過率を変えるものであっても構わないし、または連続的に変化しても構わない。
ここで図２（ａ）に示すように、例えば半導体レーザ光源１を出射する光ビームの強度分布はガウス分布であるため、光学フィルタ素子４（遮光型回折格子４）に入射する光ビームの強度分布もガウス分布となり、その模式図を符号５０で示す。本実施例において遮光型回折素子４は、光ビームが通過する中心部から外縁部にむけて段階的に格子幅を小さくしており、中心部付近に比べて外縁部付近の０次光透過率を高く設定している。そのため遮光型回折素子４を通過した光ビームの強度分布は、図２（ｃ）の符号５１に示すように中心部付近の光強度が低くなる。なお中心部付近の光強度を低くする事で、遮光型回折素子４を通過した後の光ビームの光強度分布は、通過する前に比べてフラットな状態に近づく。なお遮光型回折素子４の０次光透過率の領域分割は図２（ｂ）に示すように、多段階的に透過率を変えるものであっても構わないし、または連続的に変化しても構わない。
図２（ｃ）に示すように、対物レンズに入射する光ビームの光強度分布をフラットな状態にすると、対物レンズのＲＩＭ強度（対物レンズ中心部における光強度に対する、対物レンズ外縁部における光強度の比）が高くなる。ＲＩＭ強度が高いほど対物レンズによって絞られた光スポット径は小さくなることから、図２の符号５０で示す光強度分布のとき図３の符号６０で示す光スポットの光強度分布であったものが、遮光型回折素子４を通過させ符号５１で示すフラットな光強度分布にすることで、符号６１で示すように光スポットの光強度分布を小さく絞ることができる。
本実施例では例えば図２に示したように、遮光型回折素子４の格子幅を中心部から外縁部にむけて段階的に小さくする事で、中心部付近に比べて外縁部付近の０次光透過率を高く設定することで、位相段差を発生させることなく、対物レンズに入射する光ビームの光強度分布をフラットに近づけ、ＢＤ側における光ディスク上の光スポットを小さく絞る事を特徴としている。これによって光学系の倍率が低くても、位相段差による収差発生なく、ＢＤ側における光ディスク上の光スポットサイズを十分に小さく絞る事ができる。
本実施例では例えば図２に示したように、遮光型回折素子４の格子幅を中心部から外縁部にむけて段階的に小さくする事で、中心部付近に比べて外縁部付近の０次光透過率を高く設定することで、位相段差を発生させることなく、対物レンズに入射する光ビームの光強度分布をフラットに近づけ、ＢＤ側における光ディスク上の光スポットを小さく絞る事を特徴としている。これによって光学系の倍率が低くても、位相段差による収差発生なく、ＢＤ側における光ディスク上の光スポットサイズを十分に小さく絞る事ができる。
［３．遮光型回折格子の構成］
図４に遮光型回折格子４のパターン例を示している。光ピックアップのトラッキングサーボ方式が３スポットによるＤＰＰ（Differential Push-Pull）方式の場合、透過型の矩形断面形状を有する３スポット用回折格子によって３スポットが生成されるため、検出器２０における受光パターンは図５のようになる。このとき、遮光型回折格子４の格子角度θを０ｄｅｇとすると、遮光型回折格子４によって回折した回折迷光の発生角度φは０ｄｅｇと１８０ｄｅｇ方向になり、Ｔａｎ方向に配置したＤＰＰ検出器に回折迷光が入り光ピックアップの特性上望ましくない。このとき、遮光型回折素子４の格子ピッチを非常に狭くする（≦３μｍ）ことで理論的には回折迷光を検出器の外側に飛ばすことが可能だが、形成できる遮光型格子の幅の限度が１μｍであることを考慮すると、与えられる透過率分布に適切な設計解が無く現実的ではない。このため回折迷光の検出器への混入を避けるため、３スポットによるＤＰＰ方式を採用する場合には、遮光型回折格子の格子方向θは、
３０ｄｅｇ≦｜θ｜≦９０ｄｅｇ
でなければならない。
図４に遮光型回折格子４のパターン例を示している。光ピックアップのトラッキングサーボ方式が３スポットによるＤＰＰ（Differential Push-Pull）方式の場合、透過型の矩形断面形状を有する３スポット用回折格子によって３スポットが生成されるため、検出器２０における受光パターンは図５のようになる。このとき、遮光型回折格子４の格子角度θを０ｄｅｇとすると、遮光型回折格子４によって回折した回折迷光の発生角度φは０ｄｅｇと１８０ｄｅｇ方向になり、Ｔａｎ方向に配置したＤＰＰ検出器に回折迷光が入り光ピックアップの特性上望ましくない。このとき、遮光型回折素子４の格子ピッチを非常に狭くする（≦３μｍ）ことで理論的には回折迷光を検出器の外側に飛ばすことが可能だが、形成できる遮光型格子の幅の限度が１μｍであることを考慮すると、与えられる透過率分布に適切な設計解が無く現実的ではない。このため回折迷光の検出器への混入を避けるため、３スポットによるＤＰＰ方式を採用する場合には、遮光型回折格子の格子方向θは、
３０ｄｅｇ≦｜θ｜≦９０ｄｅｇ
でなければならない。
また、図４に示す格子パターンでは光強度分布の補正がＴａｎ方向のみで、Ｒａｄ方向には透過率分布が変化しない構成になっている。これはレーザの光強度分布を考慮したものである。一般的に半導体レーザの光強度分布は楕円であり、今回の設計例ではレーザ強度分布の短手方向をＴａｎ方向に向けた場合の設計例を示している。つまり、レーザ強度分布の長手になるＲａｄ方向は十分なＲＩＭ強度が確保できるため透過率分布の補正無しに所望のスポット径にまで絞ることができるが、短手になるＴａｎ方向はＲＩＭ強度が低いためにそのままでは所望のスポット径が得られない。このため、レーザ強度分布の短手になるＴａｎ方向にのみ透過率分布を付与することで、Ｔａｎ方向の光強度分布の補正を行っている。
［４．まとめ］
本実施の形態の光ピックアップは、互いに発振波長の異なる第１のレーザ光源１および第２にレーザ光源２と、レーザ光源１から出射したレーザ光を３スポットにするための３スポット用回折格子３と、位相段差の発生なしに外縁部に比べて中心部の０次光透過率を低下させられる遮光型回折格子４と、遮光型回折格子４を透過した透過光を反射させるビームスプリッタ５と、レーザ光を略平行光に変換するコリメートレンズ６と、コリメートレンズ６によって略平行光になった光ビームを反射させる立ち上げミラー８と、光ディスク上に光ビームを集光させる対物レンズ９と、光ディスクから反射した信号光を受光する検出器２０からなる。
これにより、位相段差の発生なしに低コストで所望のスポット品質を得ることができる。
本実施の形態の光ピックアップは、互いに発振波長の異なる第１のレーザ光源１および第２にレーザ光源２と、レーザ光源１から出射したレーザ光を３スポットにするための３スポット用回折格子３と、位相段差の発生なしに外縁部に比べて中心部の０次光透過率を低下させられる遮光型回折格子４と、遮光型回折格子４を透過した透過光を反射させるビームスプリッタ５と、レーザ光を略平行光に変換するコリメートレンズ６と、コリメートレンズ６によって略平行光になった光ビームを反射させる立ち上げミラー８と、光ディスク上に光ビームを集光させる対物レンズ９と、光ディスクから反射した信号光を受光する検出器２０からなる。
これにより、位相段差の発生なしに低コストで所望のスポット品質を得ることができる。
（他の実施の形態）
本発明の実施の形態として、実施の形態１を例示した。しかし、本発明はこれには限らない。そこで、本発明の他の実施の形態を以下まとめて説明する。なお、本発明は、これらには限定されず、適宜修正された実施の形態に対しても適用可能である。
本発明の実施の形態として、実施の形態１を例示した。しかし、本発明はこれには限らない。そこで、本発明の他の実施の形態を以下まとめて説明する。なお、本発明は、これらには限定されず、適宜修正された実施の形態に対しても適用可能である。
実施の形態１において、トラッキングサーボ方式として３スポットによるＤＰＰ方式に対する最適な格子パターンを示したが、これには限らない。例えば、１ビームでホログラムを用いたＡＰＰ（Advanced Push-Pull）方式の場合の光学構成図を図６に、検出器のレイアウト例を図７（ａ）（ｂ）に示す。ＡＰＰ方式の場合では３スポット用回折格子３を用いず、例えば図６で示すようにＡＰＰ用ホログラム１６を配置する。このときの検出器レイアウトは自由度が高く、例えば図７（ａ）や（ｂ）で示すようなＡＰＰ検出器２０のレイアウトがあり、それぞれで最適な遮光型回折格子の角度が異なる。
図７（ａ） ｜θ｜≦１５ｄｅｇ
図７（ｂ） ２０ｄｅｇ≦｜θ｜≦７０ｄｅｇ
このことから、遮光形回折格子の角度θは検出器のレイアウトも鑑みて最適化すべきであり、その制約は特に設けない。
図７（ｂ） ２０ｄｅｇ≦｜θ｜≦７０ｄｅｇ
このことから、遮光形回折格子の角度θは検出器のレイアウトも鑑みて最適化すべきであり、その制約は特に設けない。
また、実施の形態１では階段状の回折格子としたが、これに限らない。図８で示すような２次元セルパターンや、図９で示すような遮光格子を途中で間引いたようなパターンであっても構わない。要するに、遮光部の面積比をＳとしたとき０次光透過率Ｔは、
Ｔ＝（１−Ｓ）＾２×１００ ［％］
で表され、所望の０次光透過率が得られ、検出器上の迷光が考慮されていれば格子パターンに特に制約はない。
Ｔ＝（１−Ｓ）＾２×１００ ［％］
で表され、所望の０次光透過率が得られ、検出器上の迷光が考慮されていれば格子パターンに特に制約はない。
本発明は光ピックアップ装置に関し、特に、互いに発振波長の異なる光源を有する光ピックアップにおいて、位相段差による収差の発生なく低コストで所望のスポット品質を得ることができる。
１，２ 半導体レーザ光源
４ 遮光型回折格子
９，１３ 対物レンズ
１４，１５ ディスク
１６ ＡＰＰ用ホログラム
２０ 検出器
４ 遮光型回折格子
９，１３ 対物レンズ
１４，１５ ディスク
１６ ＡＰＰ用ホログラム
２０ 検出器
Claims (4)
- レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されるレーザ光を光ディスクの記録層に集光させる対物レンズと、
前記レーザ光源と前記対物レンズとの間の光路上に配置された回折素子とを備え、
前記回折素子は、遮蔽物で構成される回折格子のデューティを中心部から外側に向かって階段状に小さくすることで、０次光透過率を変化させる、
ことを特徴とする光ピックアップ装置。 - 前記回折素子の格子方向θは、３０ｄｅｇ≦｜θ｜≦９０ｄｅｇである、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
- 前記レーザ光源は、複数のレーザ波長を有するレーザ光を出射する、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
- 互いに発振波長の異なる第１のレーザ光源および第２のレーザ光源と、第１のレーザ光源から出射した第１の光ビームまたは第２のレーザ光源から出射した第２の光ビームを光ディスクに集光させる対物レンズとを搭載した光ピックアップ装置において、第１のレーザ光源を出射した第１の光ビームが光ディスクに向かう光路中に、前記光ビームの中心部近傍が通過する領域に比べて前記光ビームの外縁部近傍が通過する領域の０次光の透過率が高くなるよう、中心部から外縁部に向けて回折格子のデューティを小さくし、かつ前記回折格子は金属膜のような遮光体で形成された回折素子を搭載する光ピックアップ装置。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH0650717A (ja) * | 1992-07-30 | 1994-02-25 | Ntn Corp | 焦点誤差検出装置 |
| JP2004295954A (ja) * | 2003-03-26 | 2004-10-21 | Hitachi Ltd | 光ピックアップ装置及び光ディスク装置 |
-
2011
- 2011-04-22 JP JP2011095771A patent/JP5565371B2/ja active Active
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| US10049695B2 (en) | 2015-01-30 | 2018-08-14 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Optical pickup device and optical drive device |
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