JP3948481B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関する。

近年、波長４００ｎｍ程度の青色レーザ光を用いることにより光情報記録媒体（光ディスク）の記録密度を高め、記憶容量を大きくしたいわゆる高密度光ディスクの研究・開発が進められている。

高密度光ディスクの規格としては、例えば、対物レンズの像側開口数（ＮＡ）を０．８５程度、保護基板厚を約０．１ｍｍとするものや、ＮＡ及び保護基板厚を従来のＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）と同程度の約０．６５及び約０．６ｍｍに抑えたものが知られている。以下の説明においては、ＮＡを０．６５程度、保護基板厚を０．６ｍｍ程度とする高密度光ディスクを「ＡＯＤ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ）」と表記する。

そして、このような高密度光ディスクと、ＤＶＤやＣＤ（コンパクトディスク）等の従来より広く用いられている光ディスクとの互換性を有する光ピックアップ装置に関する技術が種々提案されている。

なお、ＡＯＤ／ＤＶＤ／ＣＤに用いられる光束の波長λ１／λ２／λ３はそれぞれ約４００ｎｍ／約６５０ｎｍ／約７８０ｎｍであり、保護基板厚ｔ１／ｔ２／ｔ３はそれぞれ約０．６ｍｍ／約０．６ｍｍ／約１．２ｍｍである。

そして、ＡＯＤ／ＤＶＤ／ＣＤの３種類の光ディスク間での互換を達成するには、各光ディスクに用いる光束の光量を確保しつつ、波長や光ディスクの保護基板厚の差に起因して発生する球面収差を補正する必要があり、光ピックアップ装置を構成する光学素子の光学面に回折構造を設ける技術が、例えば特開２００２−２９８４２２号公報に開示されている。

通常、ＡＯＤに対してはＤＶＤ、ＣＤより記録・再生するための光量が必要であることから、波長λ１の回折光のうち、最大の回折効率となる回折次数とブレーズ化波長を選択する場合が多い。

それに対しＤＶＤではＡＯＤと同じ保護基板厚（ｔ１＝ｔ２＝０．６ｍｍ）のため、波長が異なることによってのみ球面収差（Ａ）が生じる。この球面収差（Ａ）を回折効果を利用して補正しようとすると、ＡＯＤとＤＶＤの波長×回折次数の差で補正することになる。

加えてＣＤの互換も考慮すると、ＡＯＤ用の光束の波長λ１がＣＤ用の光束の波長λ３の約半分になることに起因して、例えば波長λ１のｎ次回折光が最大の回折効率を有する場合、波長λ３の光束の（ｎ／２）次回折光が最大の回折効率を有することになる。そして、この波長λ１と波長λ３の回折次数の比（２：１）で互換を行うと、ＣＤでは波長λ３の回折次数光が最大の回折効率を有する一方で、ＡＯＤとＣＤの波長×回折次数の差では、ＡＯＤとＣＤとで保護基板厚が異なることにより発生する球面収差（Ｂ）（Ｂ＞Ａ）は補正することができない。

このように、ＡＯＤ／ＤＶＤ／ＣＤの３種類の光ディスク間での互換性を有する光ピックアップ装置の製造においては、各光束の光量の確保と球面収差の補正とを両立させることが難しいという問題がある。上記特許文献においても、波長４００ｎｍ付近の光束を用いる高密度光ディスク（ＨＤ−ＤＶＤ）の３次光の効率が約７３％と、情報の記録用として利用するには必ずしも十分とはいえない値となっている。

本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、ＡＯＤと他の２種類の光情報記録媒体との互換性を有し、光量確保と球面収差補正を両立した光ピックアップ装置を提供することである。

上述の課題は、以下の態様により達成することができる。
本発明の第１の態様は、波長λ１の第１光束を出射する第１光源；波長λ２（λ２＞λ１）の第２光束を出射する第２光源；波長λ３（１．６λ１≦λ３≦２．２λ１、λ３＞λ２）の第３光束を出射する第３光源；及び、少なくとも１つの光学面に回折構造が形成され、第１〜第３光束の光路上に設置された対物光学素子、とを有する光ピックアップ装置である。

前記光ピックアップ装置は、前記第１光源から出射される波長λ１の光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、前記第２光源から出射される波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ２（０．８ｔ１≦ｔ２≦１．２ｔ１）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、前記第３光源から出射される波長λ３（１．６λ１≦λ３≦２．２λ１、λ３＞λ２）の光束を用いて保護基板厚ｔ３（１．９ｔ１≦ｔ３≦２．１ｔ１）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことが可能である。
更に前記波長λ１の光束が前記回折構造により位相差を付与されることで発生する回折光のうち最大の回折効率を有する第１主回折光の回折効率Ｅ１が９０％以上であり、前記主回折光の回折次数ｎ１が奇数であるとともに、前記第１光源の出力ＰＷ１と前記第３光源の出力ＰＷ３が、ＰＷ１＜ＰＷ３を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。

上記第１の態様によれば、波長λ１の光束の回折効率Ｅ１を９０％以上とすることで光量を確保できると共に、中央領域を通過する波長λ１の光束のうち最大の回折効率を有する回折光の回折次数を奇数とすることにより、回折効果を利用した第３光情報記録媒体（例えばＣＤ）側の球面収差補正を行うことができる。

更に、波長λ３の光束の球面収差を実用上支障が生じない程度に抑えつつ、十分な光量を確保でき、波長λ３の光束を第３光情報記録媒体に対する情報の記録及び／又は再生に利用できる。

第１図

光ピックアップ装置の構成を示す平面図である。

第２図

対物レンズの構造を示す要部横断面図である。

第３図

対物レンズの構造を示す要部横断面図である。

第４図

波面収差の変動量を示すグラフである。

第５図

波面収差と回折効率を示すグラフである。

本発明において、対物光学素子とは、光ピックアップ装置において、最も光ディスク側に配置された光学素子を表す。以下、対物光学素子のことを対物レンズと記載する場合もある。また、本発明における回折構造については、特に限定はなく、光の回折現象を生じさせる構造を表す。

本発明の光ピックアップ装置においては、前記波長λ１〜λ３の各光束に対する前記対物光学素子の光学系倍率ｍ１〜ｍ３がほぼ等しいことが好ましい。本発明において、光学系倍率ｍ１〜ｍ３がほぼ等しいという場合、ｍ１〜ｍ３のうち、最も大きい倍率とその他２つの倍率の差が、最も大きい倍率の±１０％未満であることを意味し、更に５％未満であることが好ましい。ただし、ｍ１〜ｍ３のうち、少なくとも１つの倍率が０である場合、その他２つの倍率は、−０．０１以上、＋０．０１以下である。

本発明の光ピックアップ装置においては、前記波長λ３の光束が前記回折構造により位相差を付与されることで発生する回折光の最大の回折効率Ｅ３が、３０％≦Ｅ３≦８０％を満たすことが好ましい。更に、前記回折効率Ｅ３が、３０％≦Ｅ３≦６０％を満たすことが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記回折効率Ｅ３を有する回折光の回折次数ｎ３が、ｎ３≧ｎ１／２を満たすことが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、ｎ１＝３且つｎ３＝２、を満たすことが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記対物光学素子の前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１が、２ｍｍ≦ｆ１≦３．５ｍｍを満たすことが好ましい。

このような構成によれば、光ピックアップ装置の小型化を実現できる。

本発明の光ピックアップ装置において、前記波長λ３の光束による集光スポットの開口数ＮＡ３が、０．４４≦ＮＡ３≦０．４９を満たすことが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置においては、前記回折構造が、断面形状が鋸歯状であり光軸を中心とした複数の回折輪帯からなることが好ましく、前記波長λ１の光束が通過する領域内に形成されている前記回折輪帯の数が２０〜１００の範囲内であることが更に好ましい。

また、本発明の光ピックアップ装置においては、前記回折構造が、光軸を中心とした複数の輪帯面からなり、前記各輪帯面が光軸にほぼ平行な段差を介して連続する複数の段差構造を有することも好ましい形態であり、前記波長λ１の光束が通過する領域内に形成されている前記輪帯面の数が２０〜１００の範囲内であることが更に好ましい。
本発明において、「光軸にほぼ平行な段差」とは、光軸に平行な方向からのずれが±１０度未満であることを意味し、更に±５度未満であることが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、少なくとも一つのコリメータを備え、前記コリメータの前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆｃ１と前記波長λ３の光束に対する焦点距離ｆｃ３が、ｆｃ１＞ｆｃ３を満たすことが好ましい。

このような態様によれば、コリメータの波長λ１の光束に対する焦点距離ｆｃ１と第３コリメータの波長λ３の光束に対する焦点距離ｆｃ３が、ｆｃ１＞ｆｃ３を満たすことにより、第３光源からコリメータまでの距離が、第１光源からコリメータまでの距離と比較して短くなり、コリメータを通過する波長λ１の光束よりも波長λ３の光束の量が多くなる。従って、波長λ３の光束に関して十分な光量を確保できる。

本発明の光ピックアップ装置において、少なくとも一つのコリメータを備え、前記コリメータの前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆｃ１と前記波長λ２の光束に対する焦点距離ｆｃ２が、ｆｃ１＞ｆｃ２を満たすことが好ましい。

このような態様によれば、コリメータの波長λ１の光束に対する焦点距離ｆｃ１とコリメータの波長λ２の光束に対する焦点距離ｆｃ２が、ｆｃ１＞ｆｃ２を満たすことにより、第２光源からコリメータまでの距離が、第１光源からコリメータまでの距離と比較して短くなり、コリメータを通過する波長λ１の光束よりも波長λ２の光束の量が多くなる。従って、波長λ２の光束に関して十分な光量を確保できる。

本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも一つのコリメータを備え、前記コリメータと前記対物光学素子が、前記第１光源からの出射光束の波長がλ１から１ｎｍ変動した場合の当該波長変動前後における、光軸方向に同じ位置での収差変動量を０．０３λｒｍｓ以下に補正することが好ましい。

本発明の光ピックアップ装置において、前記コリメータが少なくとも１つの光学面に、断面形状が鋸歯状であり光軸を中心とした複数の回折輪帯からなる回折構造を有することが好ましく、前記波長λ１の光束が通過する領域内に形成されている前記回折輪帯の数が５０〜１００の範囲内であることが更に好ましい。

また、本発明の光ピックアップ装置において、前記コリメータが少なくとも１つの光学面に、光軸を中心とした複数の輪帯面からなり、前記各輪帯面が光軸にほぼ平行な段差を介して連続する複数の段差構造を有する回折構造を有することが好ましく、前記波長λ１の光束が通過する領域内に形成されている前記輪帯面の数が２０〜１００の範囲内であることが更に好ましい。

本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも一つのコリメータを有し、前記波長λ１の光束と前記波長λ２の光束が共に同一の前記コリメータを通過することが好ましい。

このような態様によれば、コリメータを共通化することで、光ピックアップ装置を構成する光学素子の部品点数を削減できる。

本発明の光ピックアップ装置において、前記対物光学素子がプラスチック製であることが好ましい。

このような態様によれば、対物光学素子の製造コストを抑えることができる。

本発明の光ピックアップ装置は、少なくとも一つのコリメータを有し、前記コリメータがプラスチック製であることが好ましい。

このような態様によれば、コリメータの製造コストを抑えることができる。

本発明の光ピックアップ装置において、前記光学系倍率ｍ１〜ｍ３がほぼ０であることが好ましい。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

第１図に示すように、本実施の形態においては、光ピックアップ装置１０が、波長λ１（４０７ｎｍ）、波長λ２（６５５ｎｍ）、波長λ３（７８５ｎｍ）の各光束を出射する第１〜第３光源１１〜１３を備えている。

そして、これら各光束を利用して、保護基板３１ａの厚さｔ１（０．６ｍｍ）の第１光情報記録媒体３１（本実施の形態においてはＡＯＤ３１）、保護基板３２ａの厚さｔ２（０．６ｍｍ）の第２光情報記録媒体３２（本実施の形態においてはＤＶＤ３２）、保護基板３３ａの厚さｔ３（１．２ｍｍ）の第３光情報記録媒体３３（本実施の形態においてはＣＤ３３）に対して情報の記録及び／又は再生を行う、３種類の光ディスク間での互換性を有する構成となっている。

なお、第１図には、保護基板厚ｔ１とｔ２がほぼ等しいＡＯＤ３１の保護基板３１ａとＤＶＤ３２の保護基板３２ａを同じ図で示している。また、第２図においては、便宜上、ＡＯＤ３１とＤＶＤ３２とＣＤ３３を同じ図で示している。

なお、本発明においては、各光源からの出射光束は、λ１＜λ２＜λ３、１．６λ１≦λ３≦２．２λ１を満たすものであればよく、各光情報記録媒体の保護基板厚も、０．８ｔ１≦ｔ２≦１．２ｔ１、１．９ｔ１≦ｔ３≦２．１ｔ１を満たすものであればよい。

光ピックアップ装置１０は、半導体レーザ光源（第１〜第３光源）１１〜１３、第１〜第３コリメートレンズ１４〜１６、第１〜第４ビームスプリッタ１７〜２０、各光ディスクの情報記録面に対向して配置される単玉の対物レンズ４０（対物光学素子）、対物レンズ４０を所定の方向に移動させる２次元アクチュエータ（図示せず）、センサーレンズ２１、回折板２２、各光ディスクからの反射光を検出する第１〜第３光検出器２３〜２５等から概略構成される。

なお、図示は省略するが、第２光検出器２４と第２光源１２又は第３光検出器２５と第３光源１３とを一体に構成し、ＤＶＤ３２又はＣＤ３３の情報記録面で反射した波長λ２又はλ３の光束が、復路において往路と同一の光路を辿ってホログラム素子に至り、このホログラム素子によりその進路を変更されて、光検出器に入射するいわゆるホロレーザーユニットを用いても良い。また、複数の光源を一体化（ユニット化）した光源を用いても良い。

本実施の形態においては、波長λ１〜λ３の各光束が、第１〜第３コリメートレンズ１４〜１６で平行光とされて対物レンズ４０に入射する、つまり、対物レンズ４０の波長λ１の光束に対する光学系倍率ｍ１と波長λ２の光束に対する光学系倍率ｍ２と波長λ３の光束に対する光学系倍率ｍ３とが、ｍ１＝ｍ２＝ｍ３＝０となる、いわゆる無限系の構成となっている。

なお、波長λ１〜λ３の全光束を対物レンズに対して光学系倍率がほぼ等しい発散光又は収束光として入射させてもよい。

このように構成された光ピックアップ装置１０の動作については周知であるため詳しい説明は省略するが、第１光源１１から出射された波長λ１の光束は、第１ビームスプリッタ１７を通過して第１コリメートレンズ１４において平行光化され、第３、第４ビームスプリッタ１９、２０を通過する。そして、詳しい説明は後述するが、対物レンズ４０の入射面４１には回折構造５０としての回折構造が形成されており、波長λ１の光束は対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２で屈折作用を受けると共に入射面４１において回折作用を受けて出射される。

対物レンズ４０から出射された光束は、ＡＯＤ３１の情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットＰを形成する。そして、スポットＰに集光した波長λ１の光束は情報記録面で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ４０、第４、第３ビームスプリッタ２０、１９、第１コリメートレンズ１４を通過して、第１ビームスプリッタ１７で反射して分岐される。

そして、分岐された波長λ１の光束はセンサーレンズ２１を経て第１光検出器２３に入射する。第１光検出器２３は入射光のスポットを検出して信号を出力し、その出力された信号を用いてＡＯＤ３１に記録された情報の読み取り信号を得るようになっている。

また、第１光検出器２３上でのスポットの形状変化や全光量変化等を検出してフォーカシングやトラッキングが行われる。この検出結果に基づいて２次元アクチュエータは波長λ１の光束が情報記録面上に正確にスポットを形成するように、対物レンズ４０をフォーカス方向及びトラッキング方向に移動させる。

第２光源１２から出射される波長λ２の光束は、第２ビームスプリッタ１８を通過して第２コリメートレンズ１５において平行光化され、第３ビームスプリッタ１９で反射され、第４ビームスプリッタ２０を通過して、対物レンズ４０に至る。そして、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２で屈折作用を受けると共に入射面４１において回折作用を受けて出射される。

そして、対物レンズ４０から出射された光束は、ＤＶＤ３２の情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットＰを形成する。そして、スポットＰに集光した波長λ１の光束は情報記録面で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ４０、第４ビームスプリッタ２０を通過して、第３ビームスプリッタ１９で反射して分岐される。

そして、分岐された波長λ２の光束は第２コリメートレンズ１５を通過して、第２ビームスプリッタ１８で反射して分岐され、センサーレンズ２１を経て第２光検出器２４に入射する。以下は波長λ１の光束と同様である。

第３光源１３から出射された波長λ３の光束は、ビームスプリッタの代わりに設けられた回折板２２を通過して、第３コリメートレンズ１６において平行光化され、第４ビームスプリッタ２０で反射され、対物レンズ４０に至る。そして、対物レンズ４０の入射面４１及び出射面４２で屈折作用を受けると共に入射面４１において回折作用を受けて出射される。

対物レンズ４０から出射された光束は、ＣＤ３３の情報記録面上に集光し、光軸Ｌ上にスポットＰを形成する。そして、スポットＰに集光した波長λ３の光束は情報記録面で情報ピットにより変調されて反射される。反射した光束は再び対物レンズ４０を通過して、第４ビームスプリッタ２０で反射して分岐される。

そして、分岐された波長λ３の光束は第３コリメートレンズ１６を通過して、回折板２２を通過する際に進路を変更され、第３光検出器２５に入射する。以下は波長λ１の光束と同様である。

第２図に示すように、対物レンズ４０は入射面４１と出射面４２の両面が非球面かつ凸面のプラスチック製の単レンズである。

入射面４１のほぼ全域に回折構造５０が形成されており、出射面４２は屈折面となっている。

本実施の形態においては、入射面４１が、光軸Ｌを含むと共に光軸Ｌからの高さがｈ以下の領域である中央領域Ａ１と、光軸Ｌからの高さがｈ以上であり中央領域Ａ１の周囲を覆う周辺領域Ａ２とに区分されている。中央領域Ａ１はＣＤ３３の開口数ＮＡ３（０．４５）に対応する領域である。

なお、波長λ３の光束による集光スポットＰの開口数ＮＡ３が、０．４４≦ＮＡ３≦０．４９を満たすことが好ましい。

また、対物レンズ４０の波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１が、２ｍｍ≦ｆ１≦３．５ｍｍを満たすことが好ましい。

中央領域Ａ１及び周辺領域Ａ２に形成されている回折構造５０は、光軸Ｌを中心としたほぼ同心円状の複数の回折輪帯５１から構成されており、この回折輪帯５１により通過光束に対して回折作用を与えるようになっている。

なお、回折輪帯５１の形状及び設計手法については周知であるため説明及び図示を省略する。

また、図示は省略するが、回折構造５０として、光軸Ｌを中心とした複数の輪帯面が光軸Ｌにほぼ平行な段差を介して連続する段差構造で構成されるものとしてもよい。そして、波長λ１の光束が通過する領域内（中央領域Ａ１及び周辺領域Ａ２）に形成されている回折輪帯５１又は輪帯面の数を２０〜１００の範囲内とすることが好ましい。これにより、各光束に対して十分な回折作用を与えることができる。

そして、中央領域Ａ１を通過する波長λ３の光束は、中央領域Ａ１の回折輪帯５１により回折作用を受け、そのうち所定の回折次数を有する光束（回折次数については後述する。）がＣＤ３３の情報記録面上に集光スポットを形成することで、ＣＤ３３に対する情報の記録及び／又は再生に利用されることになる。

一方、周辺領域Ａ２を通過する波長λ３の光束は、周辺領域Ａ２の回折輪帯５１により回折作用を受けてフレア化され、ＣＤ３３の情報記録面上に集光スポットを形成せず、ＣＤ３３に対する情報の記録及び／又は再生に利用されない。

また、中央領域Ａ１を通過する波長λ１及びλ２の光束は、中央領域Ａ１の回折輪帯５１により回折作用を受け、そのうち所定の回折次数の回折光がＡＯＤ３１及びＤＶＤ３２の情報記録面上に集光スポットを形成することでＡＯＤ３１及びＤＶＤ３２に対する情報の記録及び／又は再生に利用されることになる。

さらに、周辺領域Ａ２を通過する波長λ１及びλ２の光束も、周辺領域Ａ２の回折輪帯５１により回折作用を受け、そのうち所定の回折次数の回折光がＡＯＤ３１及びＤＶＤ３２の情報記録面上に集光スポットを形成することでＡＯＤ３１及びＤＶＤ３２に対する情報の記録及び／又は再生に利用される。

なお、第１コリメータ１４と対物レンズ４０とにより、第１光源１１からの出射光束の波長がλ１から１ｎｍ変動した場合の当該波長変動前後における、光軸Ｌ方向に同じ位置での収差変動量を０．０３λｒｍｓ以下に補正する色補正機能を有している。

本発明においては、中央領域Ａ１を通過する波長λ１の光束のうち最大の回折効率を有する主回折光の回折次数が奇数となるように、かつ、中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２を通過する波長λ１の光束の主回折光の最大の回折効率Ｅ１が９０％以上となるように設計されている。

ここで、通常、ＡＯＤ３１に利用される光束は光量が多い（回折効率が高い）ことが条件とされることから、波長λ１の回折光のうち、最大の回折効率となる回折次数（主回折光の回折次数）とブレーズ化波長を選択してレンズ設計を行う場合が多い。

ところが、ＡＯＤ３１に利用される光束は波長λ１が３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内であり、ＣＤ３３に利用される光束の波長λ３の約半分であることに起因して、例えば波長λ１のｎ次回折光が最大の回折効率を有する場合には、波長λ３の光束の回折光のうち最大の回折効率を有する回折光（主回折光）の次数は（ｎ／２）次となる。従って、一般的な光ピックアップ装置においては、波長λ３の光束の（ｎ／２）次回折光を用いてＣＤに対する情報の再生及び／又は記録を行う場合が多い。

従って、例えば、中央領域Ａ１を通過する波長λ１の光束の６次（偶数）の回折光が最大の回折効率を有するようにレンズ設計を行うと、中央領域Ａ１を通過する波長λ３の光束の３次回折光が最大の回折効率を有することになる。そして、この波長λ３の３次回折光を用いることで、中央領域Ａ１において光量を大きくすることができる。

そして、ＤＶＤ３２の波長λ２はＡＯＤ３１の波長λ１の約１．５倍なので、最大の回折効率を有する波長λ２の光束の回折次数は、波長λ１のそれに対して約２／３の４次となる。従って、この波長λ１、λ２、λ３の回折次数の比（６：４：３）で互換を行うと、ＡＯＤ３１及びＤＶＤ３２では情報記録面上での球面収差の発生を抑えることができるが、ＣＤ３３では大きな球面収差が発生するという問題がある。

これは、上述のように、波長λ１の回折光のうち回折効率が最大となる主回折光の回折次数とブレーズ化波長を選択して回折構造の設計を行った場合、回折構造による回折の効果（球面収差を補正する効果）は、波長λ１に回折次数をかけた値から波長λ３に回折次数をかけた値を引いた値に基づいて得られるものであり、上記例においては、この値はλ１×６からλ３×３を引いた値となる。ＡＯＤとＤＶＤとは、λ１×６からλ２×４を引いた値による回折効果で、各波長に対して材料の屈折率が異なることにより生じる球面収差（色の球面収差）を補正する。この場合、λ１×６からλ２×４を引いた値に対してλ１×６からλ３×３を引いた値は絶対値が小さく且つ逆符号となるため、ＣＤ側では回折効果はＤＶＤより小さく且つ球面収差は補正する方向と逆向きに作用することになる。つまり、ＣＤ３３においては回折効率を高めることができる一方で、ＤＶＤに比べて回折の効果をほとんど得られず、球面収差が残留することになる。

そこで、本発明においては、上述のように、中央領域Ａ１を通過する波長λ１の光束のうち最大の回折効率を有する主回折光の回折次数が奇数となるように中央領域Ａ１の回折輪帯５１を設計している。

このように、中央領域Ａ１を通過する波長λ１の光束の主回折光の回折次数を奇数（例えば３次）とすることにより、中央領域Ａ１を通過する波長λ３の光束に関しては、１次回折光と２次回折光とに光量が分散されることになる。そこで、例えば波長λ３の光束の２次回折光を用いるものとすれば、ＣＤ３３においてλ１×３からλ３×２を引いた値による回折の効果を利用して、球面収差を補正することが可能となる。

また、波長λ３の光束の１次又は２次回折光を用いることにより回折効率が低下し、ＣＤ３３に対する情報の再生及び／又は記録に必要な光量を得られなくなるおそれが生じるが、これを解消すべく、本発明においては、波長λ３の光束を出射する第３光源１３（半導体レーザ光源）の出力ＰＷ３を第１光源の出力ＰＷ１よりも大きくしている。

これにより、ＣＤ３３の球面収差を実用上支障が生じない程度に抑えつつ、十分な光量を確保でき、波長λ３の光束をＣＤ３３に対する情報の記録及び／又は再生に利用できる。

なお、第１コリメータ１４の波長λ１の光束に対する焦点距離ｆｃ１と第３コリメータ１６の波長λ３の光束に対する焦点距離ｆｃ３が、ｆｃ１＞ｆｃ３を満たすように光ピックアップ装置１０を設計してもよい。これにより、第３光源１３から第３コリメータ１６までの距離が、第１光源１１から第１コリメータ１４までの距離と比較して短くなり、第１コリメータ１４を通過する波長λ１の光束よりも第３コリメータ１６を通過する波長λ３の光束の量が多くなり、出力ＰＷ３を出力ＰＷ１よりも大きくしたのと同様の効果を得ることができる。また、焦点距離ｆｃ１と第２コリメータ１５の波長λ２の光束に対する焦点距離ｆｃ２が、ｆｃ１＞ｆｃ２を満たすことにしてもよい。

また、第３光検出器２５のセンサー感度を上げたり、信号処理を工夫することでＣＤ３３側の光量の低下を補う構成にしてもよい。

なお、波長λ３の光束の最大の回折効率Ｅ３が３０％≦Ｅ３≦８０％を満たすように回折構造を設計することが好ましく、更には、３０％≦Ｅ３≦６０％を満たすことが好ましい。

また、回折効率Ｅ３を有する回折光の回折次数ｎ３が、ｎ３≧ｎ１／２を満たすことが好ましい。例えば、ｎ１＝３とした場合、波長λ３の光束としては、１次回折光と２次回折光のいずれかを選択できるが、ｎ３≧ｎ１／２を満たす次数は２次ということになる。

また、ｎ１とｎ３の組合わせ（ｎ１、ｎ３）としては、（３、２）とすることが好ましい。

また、第１〜第３コリメータ１４〜１６の少なくとも一つに、対物レンズ４０に設けたものと同様の鋸歯状の回折輪帯５１又は光軸方向にほぼ平行な複数の段差を介して連続する段差構造を有する輪帯面を設けても良く、この場合、波長λ１の光束が通過する領域内に形成される回折輪帯５１又は輪帯面の数を５０〜１００の範囲内とすることが好ましい。

また、第１〜第３コリメータ１４〜１６を設けずに、例えば波長λ１〜λ３の光束のうちの全てあるいはいずれか２種類の光束が共に通過する共通光路中に一つのコリメータを配置する構成としてもよい。

また、回折構造５０としては、例えば、第３図に示すようなものであっても良い。第３図に示す回折構造５０は、光軸Ｌを中心とした複数の輪帯面５２が光軸Ｌにほぼ平行な段差５３を介して連続させた複数の段差構造により構成されている。

各輪帯面５２は光軸Ｌから離れるに従って光源側（前方）に突出するように形成されており、各輪帯面５２に入射する光束に対して所定の光路差を付与することにより、各光束に位相差が生じ、結果として各輪帯面５２を通過した光束の位相が、情報記録面上でほぼ揃うようになっている。なお、各段差５３の形状は母非球面Ｓに対する光軸Ｌ方向への変位量で規定することができる。

また、回折構造５０を対物レンズ４０の入射面４１と出射面４２のいずれか一方又は両面に設けても良い。

また、ＡＯＤ３１として、光源側から光軸Ｌ方向に順に厚さｔ１の保護基板３１ａと第１情報記録面と中間層と第二情報記録面とを積層して構成されるいわゆる２層ディスクを用いても良い。

次に、実施例１について説明する。

本実施例においては、対物レンズの入射面及び出射面がそれぞれ非球面形状とされており、入射面及び出射面がそれぞれ中央領域と周辺領域とに区分されると共に回折構造としての光軸を中心とした断面形状が鋸歯状の複数の回折輪帯が形成されている。なお、対物レンズの入射面に形成されている回折輪帯の数は４４である。

また、波長λ１とλ２の光束が共に通過する共通光路中にコリメータが配置され、コリメータの入射面上にも光軸Ｌを中心とした断面形状が鋸歯状の複数の回折輪帯が形成されている。

中央領域を通過した波長λ１〜λ３の各光束は、各光ディスクの情報記録面上に集光スポットを形成する。

表１、表２にコリメータ及び対物レンズのレンズデータを示す。

表１に示すように、本実施例の光ピックアップ装置は、第１光源から出射される波長λ１＝４０７ｎｍのときの焦点距離ｆ₁＝３．１０ｍｍ、像側開口数ＮＡ１＝０．６５、結像倍率ｍ１＝０に設定されており、第２光源１２から出射される波長λ２＝６５５ｎｍのときの焦点距離ｆ₂＝３．１１ｍｍ、像側開口数ＮＡ２＝０．６５、結像倍率ｍ２＝０に設定されており、第３光源から出射される波長λ３＝７８５ｎｍのときの焦点距離ｆ₃＝３．１７ｍｍ、像側開口数ＮＡ３＝０．５１、結像倍率ｍ３＝０に設定されている。

また、最大の回折効率を有する波長λ１の光束の３次（奇数）の回折光を用いるものとし、これに対応して波長λ２とλ３の光束の２次回折光を用いている。また、コリメータに設けた回折構造により回折作用を受けた波長λ１の光束の５次の回折光と波長λ２の光束の３次の回折光に対して対物レンズで回折作用を与えるようになっている。また、コリメータの波長λ１の光束に対する倍率ｍ１＝６．００、波長λ２の光束に対する倍率ｍ２＝５．９８になっている。

表１中の面番号２はコリメータの入射面を示し、面番号４と４´は対物レンズ４０の入射面の中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２を示し、面番号５と５´は対物レンズ４０の出射面の中央領域Ａ１と周辺領域Ａ２を示す。また、ｒｉは曲率半径、ｄｉは第ｉ面から第ｉ＋１面までの光軸Ｌ方向の位置、ｎｉは各面の屈折率を表している。

第２面、第４面、第４´面、第５面、第５´面は、それぞれ次式（数１）に表１及び表２に示す係数を代入した数式で規定される、光軸Ｌの周りに軸対称な非球面に形成されている。

ここで、Ｘ（ｈ）は光軸Ｌ方向の軸（光の進行方向を正とする）、κは円錐係数、Ａ_2iは非球面係数である。

また、回折輪帯による各波長の光束に対して与えられる光路長は数２の光路差関数に、表２に示す係数を代入した数式で規定される。

ここで、Ｃ_2iは光路差関数の係数であり、ブレーズ化波長λ_B＝１ｍｍとなっている。

第４図は、波長λ１の光束のモードホップ時における波面収差の変動量を示すものである。通常、モードホップ時における波長変動量は１μｍ程度であるから、この範囲内（４０６ｎｍ〜４０８ｎｍ）において、波面収差の変動量は回折限界の０．０７λｒｍｓ以下に抑えられており、ＡＯＤに対して十分な色補正機能を有することが分かる。

また、第５図は、波長λ１（ＡＯＤ）、波長λ２（ＤＶＤ）、波長λ３（ＣＤ）の各光束の波面収差及び回折効率を示すものである。第５図より、波長λ１の光束の回折効率Ｅ１が９０％以上になることが確認できると共に、各光束の波面収差は回折限界の０．０７λｒｍｓ以下に抑えられており、十分な色補正機能を有することが分かる。また、各光情報記録媒体に対する情報の記録及び／又は再生に用いるために十分な回折効率を有していることが分かる。

本発明によれば、ＡＯＤと他の２種類の光情報記録媒体との互換性を有し、光量確保と球面収差補正を両立した光ピックアップ装置を得られる。

Claims (21)

1. 波長λ１の第１光束を出射する第１光源；
   波長λ２（λ２＞λ１）の第２光束を出射する第２光源；
   波長λ３（１．６λ１≦λ３≦２．２λ１、λ３＞λ２）の第３光束を出射する第３光源；及び、
   少なくとも１つの光学面に回折構造が形成され、第１〜第３光束の光路上に設置された対物光学素子、とを有する光ピックアップ装置において、
   前記光ピックアップ装置は、前記第１光源から出射される波長λ１の光束を用いて保護基板厚ｔ１の第１光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、前記第２光源から出射される波長λ２（λ２＞λ１）の光束を用いて保護基板厚ｔ２（０．８ｔ１≦ｔ２≦１．２ｔ１）の第２光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行い、前記第３光源から出射される波長λ３（１．６λ１≦λ３≦２．２λ１、λ３＞λ２）の光束を用いて保護基板厚ｔ３（１．９ｔ１≦ｔ３≦２．１ｔ１）の第３光情報記録媒体に対して情報の再生及び／又は記録を行うことが可能であり、
   前記波長λ１の光束が前記回折構造により位相差を付与されることで発生する回折光のうち最大の回折効率を有する第１主回折光の回折効率Ｅ１が９０％以上であり、前記主回折光の回折次数ｎ１が奇数であるとともに、
   前記第１光源の出力ＰＷ１と前記第３光源の出力ＰＷ３が、
   ＰＷ１＜ＰＷ３を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記波長λ１〜λ３の各光束に対する前記対物光学素子の光学系倍率ｍ１〜ｍ３がほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
3. 前記波長λ３の光束が前記回折構造により位相差を付与されることで発生する回折光のうち最大の回折効率を有する第３主回折光の回折効率Ｅ３が、
   ３０％≦Ｅ３≦８０％を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
4. 前記回折効率Ｅ３が、
   ３０％≦Ｅ３≦６０％を満たすことを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置。
5. 前記第３主回折光の回折次数ｎ３が、
   ｎ３≧ｎ１／２を満たすことを特徴とする請求項３に記載の光ピックアップ装置。
6. ｎ１＝３且つｎ３＝２、を満たすことを特徴とする請求項５に記載の光ピックアップ装置。
7. 前記対物光学素子の前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆ１が、
   ２ｍｍ≦ｆ１≦３．５ｍｍを満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
8. 前記波長λ３の光束による集光スポットの開口数ＮＡ３が、
   ０．４４≦ＮＡ３≦０．４９を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
9. 前記回折構造が、断面形状が鋸歯状である光軸を中心とした複数の回折輪帯からなることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
10. 前記波長λ１の光束が通過する領域内に形成されている前記回折輪帯の数が２０〜１００の範囲内であることを特徴とする請求項９に記載の光ピックアップ装置。
11. 前記回折構造が、光軸を中心とした複数の輪帯面からなり、前記各輪帯面が光軸にほぼ平行な段差を介して連続する複数の段差構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
12. 前記波長λ１の光束が通過する領域内に形成されている前記輪帯面の数が２０〜１００の範囲内であることを特徴とする請求項１１に記載の光ピックアップ装置。
13. 前記光ピックアップ装置が、更にコリメータを有し、
    前記コリメータの前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆｃ１と前記波長λ３の光束に対する焦点距離ｆｃ３が、
    ｆｃ１＞ｆｃ３を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
14. 前記光ピックアップ装置が、更にコリメータを有し、
    前記コリメータの前記波長λ１の光束に対する焦点距離ｆｃ１と前記波長λ２の光束に対する焦点距離ｆｃ２が、
    ｆｃ１＞ｆｃ２を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
15. 前記光ピックアップ装置が、更に、コリメータを有し、
    前記コリメータと前記対物光学素子とを組み合わせた系において、前記第１光源からの出射光束の波長がλ１から１ｎｍ変動した場合の、光軸方向に同じ位置での収差変動量は０．０３λｒｍｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
16. 前記コリメータが少なくとも１つの光学面に、断面形状が鋸歯状である光軸を中心とした複数の輪帯面からなる回折構造を有し、
    前記波長λ１の光束が通過する領域内に形成されている前記輪帯面の数が５０〜１００の範囲内であることを特徴とする請求項１５に記載の光ピックアップ装置。
17. 前記コリメータが少なくとも１つの光学面に、光軸を中心とした複数の輪帯面からなり、前記各輪帯面上に光軸にほぼ平行な段差を介して連続する複数の段差構造を有する回折構造を有し、
    前記波長λ１の光束が通過する領域内に形成されている前記輪帯面の数が２０〜１００の範囲内であることを特徴とする請求項１５に記載の光ピックアップ装置。
18. 前記光ピックアップ装置が、更に、コリメータを有し、
    前記波長λ１の光束と前記波長λ２の光束がともに前記コリメータを通過することを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
19. 前記対物光学素子がプラスチック製であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
20. 前記ピックアップ装置が、更に、コリメータを有し、前記コリメータがプラスチック製であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ装置。
21. 前記光学系倍率ｍ１〜ｍ３がほぼ０であ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。

Images