JP4391026B2 - ２波長用開口制限フィルタおよびこれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開口数および使用光の波長が互いに異なる２つの系に対して、前記使用光を各々所望の開口数に相当する光束として通過させ得る２波長用開口制限フィルタ、およびこれを用いて、情報の記録または再生がなされる際に各使用光を対応する光記録媒体上に効率良く収束させ得る光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、種々の光記録媒体が開発されており、複数種の光記録媒体を共用して記録・再生し得る光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）とＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録・再生する装置が知られている。
【０００３】
ところで、このような２つの光記録媒体においては、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば６５０ｎｍ程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤ−Ｒについては、可視光領域の光に対して感度を有さないため、７８０ｎｍ程度の近赤外光を使用する必要があり、これら両者に対して共用し得る光ピックアップ装置では２つの異なる波長の光を照射光として用いる、いわゆる２波長ビーム方式によることとなる。さらに、上述した例示における２つの光記録媒体においては、各光記録媒体の特性の違いからそれぞれ開口数を異ならせる必要があり、例えばＤＶＤについては開口数を０．６とし、ＣＤ−Ｒについては開口数を０．４５としている。
【０００４】
図８はこれらの構成を模式的に表した図である。図８（ａ）は、ＤＶＤ５９ａが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合である。波長６５０ｎｍ（λ１）のレーザ光が略平行光とされた状態で開口絞り５２を通過し、対物レンズ５８によりＤＶＤ５９ａの記録面上に収束せしめられる系であり、開口数は０．６となる。図８（ｂ）は、ＣＤ−Ｒ５９ｂが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合である。波長７８０ｎｍ（λ２）のレーザ光がやや発散された状態で開口絞り５２を通過し、対物レンズ５８によりＣＤ−Ｒ５９ｂの記録面上に収束せしめられる系であり、開口数は０．４５となる。
【０００５】
このようにして、２波長ビーム方式の光ピックアップ装置においては、光記録媒体５９の種類の相違により開口数および使用光の波長が互いに異なる２つの系に対して、開口数を切り替える手段が必要となる。このような手段としては例えば、中央部と外周部とで波長選択性が異なるように、ダイクロイックコートを施したフィルタや液晶シャッタを用いたものが知られている。また、開口絞り５２を各光記録媒体とそれに対応する使用光に応じた２つの開口部が設けられた板状のものとし、各光記録媒体とそれに対応する使用光に応じていずれか一方の開口部が選択されるように機械的に切り換える方式等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記液晶シャッタや切替式により系の開口数を調整する場合は機構が複雑になりがちで、コンパクト化および低廉化の要請に反することとなる。また、上記ダイクロイックコートとしては、例えば外周部に、波長６５０ｎｍの光は透過し波長７８０ｎｍの光は反射させるような加工を施したものがあるが、このようなフィルタにおいては反射光がノイズとなってしまう虞がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、開口数および使用光の波長が互いに異なる２つの系に対して、簡易な構成により前記使用光を各々所望の開口数に相当する光束として通過させ得る２波長用開口制限フィルタおよびこれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の２波長用開口制限フィルタは、絞りと平行平面板とを含んでなり、該平行平面板の少なくとも一方の面に、互いに異なる２つの波長の光のうち一方の波長λ１の光に対しては外周部の光量をそのまま保持せしめ、他方の波長λ２の光に対しては干渉効果により光束の該外周部の光量を見かけ上消失せしめるように作用する輪帯部を設け、
該輪帯部は、該輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に相当する位置を通過する光と、該輪帯部が存在する場合に該輪帯部の形成位置を通過する光とが下記条件式（１）、（２）を満足するような位相差を発生させる段差を有し、
かつ前記波長λ１の光に対しては前記絞りにより第１の径を有する光束として出力し、前記波長λ２の光に対しては前記平行平面板により第２の径を有する光束として出力する場合に、前記輪帯部の段差境界線によって形成される円の直径が、前記第１および前記第２の径の間の値を有することを特徴とするものである。
Δλ１＝ｍλ１＋δ１ ・・・ （１）
Δλ２＝（２ｎ＋１）λ２／２＋δ２・・・ （２）
ただし、
Δλ１：波長λ１において輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に
相当する位置を通過する光と、輪帯部が存在する場合に該輪帯部の
形成位置を通過する光との光路長差
Δλ２：波長λ２において輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に
相当する位置を通過する光と、輪帯部が存在する場合に該輪帯部の
形成位置を通過する光との光路長差
ｍ，ｎ：整数
δ１：波長λ１の整数倍からのずれ量であり、｜δ１｜≦０．２５λ１
δ２：波長λ２の整数倍＋半波長からのずれ量であり、
｜δ２｜≦０．２５λ２
【０００９】
さらに下記条件式（３）、（４）を満足することが好ましい。
｜δ１｜≦０．２λ１ ・・・ （３）
｜δ２｜≦０．２λ２ ・・・ （４）
【００１０】
本発明の光ピックアップ装置は、光源側から順に、請求項１または２記載の２波長用開口制限フィルタおよび光記録媒体用対物レンズが配設され、情報の記録または再生がなされる際に、第１開口数および前記波長λ１の光に対応する第１光記録媒体、ならびに第２開口数および前記波長λ２の光に対応する第２光記録媒体に対して、前記使用光を各々所望の位置に収束させるように構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
まず、図７を用いて本発明の実施形態に係る２波長用開口制限フィルタを用いた光ピックアップ装置について説明する。
【００１２】
この光ピックアップ装置では、図７に示すように、ＬＤ電源１からの電力供給により半導体レーザ３、４から出力されたレーザ光１１がハーフミラー６により反射され、コリメータレンズ７により略平行光とされ、本実施形態の２波長用開口制限フィルタ１４を介して対物レンズ８により収束光とされて光ディスク９の記録領域１０上に照射される。なお、例えば、半導体レーザ４は、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）用の、波長６５０ｎｍ（λ１）の可視域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ３は、ＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）等のＣＤ系用の、波長７８０ｎｍ（λ２）程度の近赤外域のレーザ光を出力する光源であり、プリズム５を介していずれかの半導体レーザ３、４から出力されたレーザ光１１がハーフミラー６に照射されるようになっている。また、ＬＤ電源１と半導体レーザ３、４との間には切替スイッチ２が配されており、この切替スイッチ２の操作によりいずれかの半導体レーザ３、４に電力が供給されるようになっている。さらに、２波長用開口制限フィルタ１４と対物レンズ８の間には、絞り１２が配設されている。
【００１３】
上記記録領域１０には信号情報を担持したピットがトラック状に配列されるようになっており、この記録領域１０からの上記レーザ光１１の反射光は信号情報を担持した状態で対物レンズ８およびコリメータレンズ７を介してハーフミラー６に入射し、このハーフミラー６を透過して４分割のフォトダイオード１３に入射する。このフォトダイオード１３では、分割された４つのダイオード位置の各受光量を演算してデータ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得る。
【００１４】
なお、ハーフミラー６は光ディスク９からの戻り光の光路に対して４５°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー６を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード１３上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、上記コリメータレンズ７は状況に応じて省略することも可能であり、さらに半導体レーザ３、４とハーフミラー６との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
【００１５】
このようにこの光ピックアップ装置では、ＤＶＤとＣＤ−Ｒ（ＣＤ系）のいずれの光ディスク９についても信号の記録・再生が可能となるように構成されている。なお、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ系）は共にＰＣ（ポリカーボネート）からなる保護板を有している。
【００１６】
ところで、上記ＤＶＤは幾何学的厚みが０．６ｍｍ、屈折率が１．５８のものが多く使用されており、上記ＣＤ−Ｒは幾何学的厚みが１．２ｍｍに規格統一されており、屈折率が１．５５のものが多く使用されている。また、これらの光ディスク９はそれぞれ異なる開口数の系で使用される。このピックアップ装置において光源からの光は、対物レンズ８の前段に配された本実施形態の２波長用開口制限フィルタ１４を透過することにより、これらいずれの光ディスク９を用いた系についても適切な開口数を確保することができる。
【００１７】
本実施形態の２波長用開口制限フィルタ１４は、平行平面板よりなり対物レンズ側の面（もしくは光源側の面であってもよい）に、中央部分とは高低差を有する輪帯部１５が形成されている。この輪帯部１５は、下記条件式（１）、（２）を満足するように形成される。なお、図７では説明の便宜上、輪帯部１５の段差を強調して示している。
【００１８】
Δλ１＝ｍλ１＋δ１ ・・・ （１）
Δλ２＝（２ｎ＋１）λ２／２＋δ２・・・ （２）
ただし、
Δλ１：波長λ１において輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に相当する位置を通過する光と、輪帯部が存在する場合に該輪帯部の形成位置を通過する光との光路長差
Δλ２：波長λ２において輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に相当する位置を通過する光と、輪帯部が存在する場合に該輪帯部の形成位置を通過する光との光路長差
ｍ，ｎ：整数
δ１：波長λ１の整数倍からのずれ量であり、｜δ１｜≦０．２５λ１
δ２：波長λ２の整数倍＋半波長からのずれ量であり、
｜δ２｜≦０．２５λ２
【００１９】
すなわちこの輪帯部１５は、波長λ１の光に対しては、輪帯部１５以外を通過する光と輪帯部１５を通過する光との位相差を波長λ１の整数倍とし、見かけ上の位相差をなくし、光束の外周部においてその光量をそのまま保持するように作用する。他方、この輪帯部１５は、波長λ２の光に対しては、輪帯部１５が存在しないと仮定した場合にその輪帯部に相当する位置を通過する光と輪帯部が存在する場合にその輪帯部の形成位置を通過する光との位相差を（２ｎ＋１）×波長／２（ただし、ｎは整数、以下同様）とするような段差を有している。したがって、波長λ２の光に対しては、光束の外周部において輪帯部１５以外を通過する光と輪帯部１５を通過する光との間で位相差が１／２波長の奇数倍となり、両光の間で光を弱め合う干渉効果が生じることにより、射出される光量としては、その相殺された光量分だけ光量が見かけ上消失されたものとみなすことができる。なおこの作用に関しては、雑誌「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ」（１９９２年９月号）第６６頁〜第７２頁に掲載の千葉工業大学 電子工学科 小瀬 輝次著の「特集：実用化が期待される解像限界克服技術 超解像光学系」に原理的な説明がなされているが、ここでは光の干渉を以って説明する。
【００２０】
このようにして例えば、波長λ１をＤＶＤ用に使用する６５０ｎｍとし、波長λ２をＣＤ−Ｒ等のＣＤ系用に使用する７８０ｎｍとした場合には、ＤＶＤ用に使用する波長光に対しては光量がそのまま保持され、ＣＤ系用に使用する波長光に対しては光束の外周部の光量が見かけ上消失される。
【００２１】
なお、上記δ１およびδ２は、下記条件式（３）、（４）の範囲内とされることが好ましい。
｜δ１｜≦０．２λ１ ・・・ （３）
｜δ２｜≦０．２λ２ ・・・ （４）
【００２２】
すなわち、ガウスの振幅分布をもった光に干渉作用を生じさせて所望の径を有する光束を得るためには、必ずしも厳密に、波長λ１の光に対しては１／２波長の偶数倍、波長λ２の光に対しては１／２波長の奇数倍の位相差を発生させる必要はなく、むしろレンズで発生する収差等を考慮し、その位相差には若干のずれがあることが好ましい。そのずれ量の数値範囲としては、およそ２割程度とされることが好ましい。
【００２３】
また、フィルタ１４の中央部と輪帯部１５との段差境界線によって形成される円の直径は、上記各波長の系のそれぞれが必要とする開口数に応じた光束径の間の値となるように設定されていることが好ましい。例えば、ＤＶＤ用に使用する波長λ１に対する系の開口数（０．６）に応じてフィルタ１４を透過する光束の半径をＲ１とし、ＣＤ−Ｒ等のＣＤ系用に使用する波長λ２に対する系の開口数（０．４５）に応じてフィルタ１４を透過する光束の半径をＲ２とした場合には、輪帯部１５の境界線は、半径Ｒ２から半径をＲ１の間の値となるように設定されていることが好ましい。さらに、この時の境界線の半径をＲｘとした場合に、半径Ｒｘは、輪帯部１５のうち半径Ｒ２から半径Ｒ１のドーナツ状部分の面積を二等分する位置が良いと考えられる。すなわち、πＲ１ ２−πＲｘ ２＝πＲｘ ２−πＲ２ ２により輪帯部の境界位置の半径Ｒｘは、｛（Ｒ１ ２＋Ｒ２ ２）×（１／２）｝１／２となる。
【００２４】
輪帯部の境界位置の半径Ｒｘがこのように設定され、その外周側を輪帯部１５とすることにより、波長６５０ｎｍ（λ１）の光に対しては、輪帯部１５を通過する光と中央部を通過する光との見かけ上の位相差が生じないため、フィルタ１４を通過する光束の径は狭められることなく、系の開口数（０．６）を得ることができる。他方、波長７８０ｎｍ（λ２）の光に対しては、輪帯部１５を通過した光とそれよりも中央部を通過した光との位相差が１／２波長の奇数倍であるため両光が互いに干渉し合い、光束の外周部の光量を見かけ上消失せしめて系の開口数を０．４５相当とすることができる。
【００２５】
なお、フィルタ１４に形成される輪帯部１５は、中央部との境界線とは逆の、外側に位置するもう一方の境界線が、系に所望される２つの開口数のうちの大きい方の開口数に対応する位置よりも外側に存在するような凹状、または凸状の輪帯であっても良いし、あるいは外側の境界位置がフィルタ１４のコバ面まで存在しない輪帯であっても良いものとする。
【００２６】
このような輪帯部１５を備えた２波長用開口制限フィルタ１４を配することにより、ＤＶＤが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、半導体レーザ４からの波長６５０ｎｍ（λ１）のレーザ光１１がコリメータレンズ７により略平行光とされたままの状態でフィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光１１は輪帯部１５の存在に影響されず、系の開口数は０．６となり、レーザ光１１は対物レンズ８によりＤＶＤの記録面上に収束せしめられることになる。
【００２７】
一方、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ系）が所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、コリメータレンズ７の焦点位置からずらした位置に配置された半導体レーザ３からの波長７８０ｎｍ（λ２）のレーザ光１１がやや発散された状態で２波長用開口制限フィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光１１は、輪帯部１５によりその外周部の光束が干渉効果により見かけ上消失し、系の開口数は０．４５相当となり、レーザ光１１は対物レンズ８によりＣＤ−Ｒ（ＣＤ系）の記録面上に収束せしめられることになる。
【００２８】
なお、図７において示されている絞り１２は本実施形態において必ずしも必須のものではなく、まして、従来例のように異なる２波長の使用光に対する各々所望の開口数を切り替えるために作用するものではない。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態に係る２波長用開口制限フィルタは複雑な機構を用いずに、異なった波長に対し各々所定の開口数相当の光束を得ることができるものである。すなわち、液晶シャッタや切替式により開口数の調整を行うものに比べ、明らかに単純な構成であるとともにコンパクト化および低廉化を図ることができる。また、ダイクロイックコートを施したフィルタで問題となっていた反射光の発生を防止することができる。また、本発明の２波長用開口制限フィルタは平行平面板の外周部と中央部に段差を形成するものであるため、加工が比較的容易であるとともに公差の許容度が広く製造性がよいという利点もある。
【００３０】
したがって、本実施形態に係る２波長用開口制限フィルタを光ピックアップ装置に用いると、装置のコンパクト化および低廉化を図ることができる。また、反射光がレーザ光源に戻ってしまったり、フォトディテクタに入射してしまったりするようなノイズの発生を防止することができる。
【００３１】
なお、特開平１０−２６７２６号公報には、光源側の面に輪帯部を設けた収差補正用光学素子が開示されているが、これは単一波長光源を対象とした光ピックアップ用の収差補正用光学素子である。また、同公報記載の光学系は、ＤＶＤ用の光学系をＣＤ系用に使用した場合に生じる大きな波面収差を減少させることを目的としたものである。すなわち、同公報記載の光学系は、２波長光源に対応したものではない。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の２波長用開口制限フィルタおよびこれを用いた光ピックアップ装置を実施例により具体的に説明する。
【００３３】
＜実施例１＞
図１は、実施例１に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の、２波長用開口制限フィルタ１４から光ディスク９までを拡大した模式図である。実施例１に係る２波長用開口制限フィルタ１４は、図１に示すように、対物レンズ側の面の外周部に、対物レンズ側に凹状とされた輪帯部１５を有している。なお、図１では説明の便宜上、段差を強調して示している（図３において同じ）。また、図中、Ｘは光軸を示す（図３、８において同じ）。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、ＤＶＤ９ａが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、波長６５０ｎｍ（λ１）のレーザ光が略平行光とされた状態でフィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光は輪帯部１５の存在に影響されず、系の開口数は０．６となり、これによりレーザ光は絞り１２を透過して対物レンズ８によりＤＶＤ９ａの記録面上に収束せしめられる。
【００３５】
他方、図１（ｂ）に示すように、ＣＤ−Ｒ９ｂが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、波長７８０ｎｍ（λ２）のレーザ光がやや発散された状態でフィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光は輪帯部１５によりその外周部の光束が干渉作用により見かけ上消失し、系の開口数は０．４５相当となり、これによりレーザ光は絞り１２を透過して対物レンズ８によりＣＤ−Ｒ９ｂの記録面上に収束せしめられる。
【００３６】
なお、本実施例１において用いられた対物レンズ８は、両面がともに下記非球面式で表される非球面とされている。
【００３７】
【数１】
【００３８】
下記表１に、実施例１に係る２波長用開口制限フィルタ１４から光ディスク９までのデータ（曲率半径Ｒ、λ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する面間隔Ｄおよびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する屈折率Ｎ）を示す。また下記表２に、輪帯部１５が形成された２波長用開口制限フィルタ１４の厚みデータ、絞り１２の径およびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する光源位置（フィルタの光源側の面から光源までの距離）、ならびに対物レンズ８の各非球面の非球面係数の各値を示す。なお、表２において光源位置が無限大ということは、入射光束が平行光束であることを示している（以下の表３、表４において同じ）。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】
図２は、実施例１に係る２波長用開口制限フィルタ１４を備えた光ピックアップ装置の波面収差図を示すものであり、（ａ）は６５０ｎｍの光、（ｂ）は７８０ｎｍの光に対するものである。この波面収差図から明らかなように、実施例１に係る２波長用開口制限フィルタをλ＝６５０ｎｍおよび７８０ｎｍのいずれの系に使用した場合も、フィルタの中央部と輪帯部１５の境界位置に所定の位相差が発生していることがわかる。
【００４２】
＜実施例２＞
図３は、実施例２に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の、２波長用開口制限フィルタ１４から光ディスク９までを拡大した模式図である。実施例２に係る２波長用開口制限フィルタ１４は、図３に示すように、対物レンズ側の面の外周部に、対物レンズ側に凸状とされた輪帯部１５を有している。なお、この装置において対物レンズ８は、実施例１と同様のものが用いられている。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、ＤＶＤ９ａが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、波長６５０ｎｍ（λ１）のレーザ光が略平行光とされた状態でフィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光は輪帯部１５の存在に影響されず、系の開口数は０．６となり、これによりレーザ光は絞り１２を透過して対物レンズ８によりＤＶＤ９ａの記録面上に収束せしめられる。
【００４４】
他方、図３（ｂ）に示すように、ＣＤ−Ｒ９ｂが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、波長７８０ｎｍ（λ２）のレーザ光がやや発散された状態でフィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光は輪帯部１５によりその外周部の光束が干渉作用により見かけ上消失し、系の開口数は０．４５相当となり、これによりレーザ光は絞り１２を透過して対物レンズ８によりＣＤ−Ｒ９ｂの記録面上に収束せしめられる。
【００４５】
下記表３に、実施例２に係る２波長用開口制限フィルタ１４から光ディスク９までのデータ（曲率半径Ｒ、λ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する面間隔Ｄおよびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する屈折率Ｎ）、輪帯部１５が形成された２波長用開口制限フィルタ１４の厚みデータ、ならびに、絞り１２の径およびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する光源位置（フィルタの光源側の面から光源までの距離）の各値を示す。
【００４６】
【表３】
【００４７】
図４は、実施例２に係る２波長用開口制限フィルタ１４を備えた光ピックアップ装置の波面収差図を示すものであり、（ａ）は６５０ｎｍの光、（ｂ）は７８０ｎｍの光に対するものである。この波面収差図から明らかなように、実施例２に係る２波長用開口制限フィルタをλ＝６５０ｎｍおよび７８０ｎｍのいずれの系に使用した場合も、フィルタの中央部と輪帯部１５の境界位置に所定の位相差が発生していることがわかる。
【００４８】
ここで、本発明の２波長用開口制限フィルタとの比較のため、図８（ａ）、（ｂ）に示したように開口絞り５２により開口数を調節した場合のデータを示す。なお、この従来例においても対物レンズ８は、実施例１および２と同様のものが用いられている。下記表４に、この従来例に係る対物レンズ５８から光ディスク５９までのデータ（曲率半径Ｒ、λ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する面間隔Ｄおよびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する屈折率Ｎ）、ならびに、絞り５２の径およびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する光源位置（レンズの光源側の面から光源までの距離）の各値を示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】
また、図９は、従来の開口絞りによる光ピックアップ装置で集光した光のビームプロファイルを示すものであり、図５、６は、それぞれ上記実施例１、２に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置で集光した光のビームプロファイルを示すものである。図５、６、９において（ａ）は６５０ｎｍの光を集光した場合のビームプロファイル、（ｂ）は７８０ｎｍの光を集光した場合のビームプロファイルである。図５、６、９に示されるとおり、上記実施例１、２に係る２波長用開口制限フィルタを用いた場合、簡易な構成の装置であるにも拘わらず、ＮＡ０．６またはＮＡ０．４５となるように開口絞りを設けた従来のピックアップ装置とほぼ同様のビームプロファイルとなっていることが明らかである。
【００５１】
なお、本発明の２波長用開口制限フィルタとしては上述した実施形態のものに限られず種々の態様の変更が可能であり、フィルタを形成する材料としては、例えばプラスチック材料を使用することができる。
【００５２】
また、実施例においては対物レンズ側のフィルタ面に輪帯部を設けているが、光源側のレンズ面に輪帯部を設けても良いし、両方の面に総和としてフィルタの厚みの差が所定量となるように輪帯部が設けられていても良い。ただし、いずれか一方の面に形成する方が加工性の点では有利となる。
【００５３】
また、本発明の２波長用開口制限フィルタは、実施例において用いた対物レンズだけでなく、他のピックアップ装置用対物レンズと組み合わせて使用してもよい。このような場合、本発明のフィルタ自身が、開口数および使用光の波長が異なる２つの系に対して、使用光を各々所望の開口数に相当する光束として通過させ得る機能を有しているので、組み合わせの自由度が高い。
【００５４】
また、実施形態の説明において使用光の波長を６５０ｎｍと７８０ｎｍの組み合わせとしているが、本発明の２波長用開口制限フィルタはこの波長の組み合わせに限られず、他の異なる２種類の波長の組み合わせとすることもできる。例えば、ディスク厚が同じであっても、使用条件として波長が異なり、レンズの明るさ（ＮＡ）を変更する必要がある光学系に対して、本発明を応用することができる。また、所望の開口数も０．６と０．４５の組み合わせに限られない。
【００５５】
また、本発明の光ピックアップ装置において、記録・再生対象となる光記録媒体はＤＶＤおよびＣＤ−Ｒ（ＣＤ系）に限られず、使用波長および開口数の仕様が互いに異なる２つの光記録媒体を共通の光ピックアップ装置で記録・再生する場合に適用することができる。
【００５６】
また、本発明の光ピックアップ装置において、波長６５０ｎｍの光において平行光とし、波長７８０ｎｍの光において、発散光とする例を示したが、これに限定されることなく、いずれか一方の波長の光に対して見かけ上の開口数ＮＡを変えることができる。
【００５７】
また、上記実施形態に係る光ピックアップ装置は互いに異なる波長の光を出力する各光源を設けているが、これに代えて２つの異なる波長の光を出力し得る１つの光源を設けるようにしても良い。
【００５８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の２波長用開口制限フィルタには少なくとも一方の面に、一方の波長λ１の光に対しては光束の外周部の光量をそのまま保持せしめ、他方の波長λ２の光に対しては該光量を干渉効果により見かけ上消失せしめるように作用する輪帯部が設けられている。このように単純な構成によりこの２波長用開口制限フィルタは、開口数および使用光の波長が異なる２つの系に対して使用光を各々所望の開口数に相当する光束として通過させ得るので、本発明によれば、コンパクトで製造性が良好で低廉な２波長用開口制限フィルタおよびこれを用いた光ピックアップ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の部分模式図
【図２】実施例１に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の波面収差図
【図３】実施例２に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の部分模式図
【図４】実施例２に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の波面収差図
【図５】実施例１に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置で集光した光のビームプロファイル
【図６】実施例２に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置で集光した光のビームプロファイル
【図７】本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置を示す概略図
【図８】従来の光ピックアップ装置の部分模式図
【図９】従来の光ピックアップ装置で集光した光のビームプロファイル
【符号の説明】
１ ＬＤ光源
２ 切替スイッチ
３，４ 半導体レーザ
５ プリズム
６ ハーフミラー
７ コリメータレンズ
８ 対物レンズ
９ 光ディスク
１０ 記録領域
１１ レーザ光
１２ 絞り
１３ フォトダイオード
１４ ２波長用開口制限フィルタ
１５ 輪帯部
【発明の属する技術分野】
本発明は、開口数および使用光の波長が互いに異なる２つの系に対して、前記使用光を各々所望の開口数に相当する光束として通過させ得る２波長用開口制限フィルタ、およびこれを用いて、情報の記録または再生がなされる際に各使用光を対応する光記録媒体上に効率良く収束させ得る光ピックアップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、種々の光記録媒体が開発されており、複数種の光記録媒体を共用して記録・再生し得る光ピックアップ装置が知られている。例えば、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）とＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）を１つの光ピックアップ装置を用いて記録・再生する装置が知られている。
【０００３】
ところで、このような２つの光記録媒体においては、ＤＶＤについては、記録密度の向上を図るため、例えば６５０ｎｍ程度の可視光を使用することとなっているのに対し、ＣＤ−Ｒについては、可視光領域の光に対して感度を有さないため、７８０ｎｍ程度の近赤外光を使用する必要があり、これら両者に対して共用し得る光ピックアップ装置では２つの異なる波長の光を照射光として用いる、いわゆる２波長ビーム方式によることとなる。さらに、上述した例示における２つの光記録媒体においては、各光記録媒体の特性の違いからそれぞれ開口数を異ならせる必要があり、例えばＤＶＤについては開口数を０．６とし、ＣＤ−Ｒについては開口数を０．４５としている。
【０００４】
図８はこれらの構成を模式的に表した図である。図８（ａ）は、ＤＶＤ５９ａが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合である。波長６５０ｎｍ（λ１）のレーザ光が略平行光とされた状態で開口絞り５２を通過し、対物レンズ５８によりＤＶＤ５９ａの記録面上に収束せしめられる系であり、開口数は０．６となる。図８（ｂ）は、ＣＤ−Ｒ５９ｂが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合である。波長７８０ｎｍ（λ２）のレーザ光がやや発散された状態で開口絞り５２を通過し、対物レンズ５８によりＣＤ−Ｒ５９ｂの記録面上に収束せしめられる系であり、開口数は０．４５となる。
【０００５】
このようにして、２波長ビーム方式の光ピックアップ装置においては、光記録媒体５９の種類の相違により開口数および使用光の波長が互いに異なる２つの系に対して、開口数を切り替える手段が必要となる。このような手段としては例えば、中央部と外周部とで波長選択性が異なるように、ダイクロイックコートを施したフィルタや液晶シャッタを用いたものが知られている。また、開口絞り５２を各光記録媒体とそれに対応する使用光に応じた２つの開口部が設けられた板状のものとし、各光記録媒体とそれに対応する使用光に応じていずれか一方の開口部が選択されるように機械的に切り換える方式等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記液晶シャッタや切替式により系の開口数を調整する場合は機構が複雑になりがちで、コンパクト化および低廉化の要請に反することとなる。また、上記ダイクロイックコートとしては、例えば外周部に、波長６５０ｎｍの光は透過し波長７８０ｎｍの光は反射させるような加工を施したものがあるが、このようなフィルタにおいては反射光がノイズとなってしまう虞がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、開口数および使用光の波長が互いに異なる２つの系に対して、簡易な構成により前記使用光を各々所望の開口数に相当する光束として通過させ得る２波長用開口制限フィルタおよびこれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の２波長用開口制限フィルタは、絞りと平行平面板とを含んでなり、該平行平面板の少なくとも一方の面に、互いに異なる２つの波長の光のうち一方の波長λ１の光に対しては外周部の光量をそのまま保持せしめ、他方の波長λ２の光に対しては干渉効果により光束の該外周部の光量を見かけ上消失せしめるように作用する輪帯部を設け、
該輪帯部は、該輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に相当する位置を通過する光と、該輪帯部が存在する場合に該輪帯部の形成位置を通過する光とが下記条件式（１）、（２）を満足するような位相差を発生させる段差を有し、
かつ前記波長λ１の光に対しては前記絞りにより第１の径を有する光束として出力し、前記波長λ２の光に対しては前記平行平面板により第２の径を有する光束として出力する場合に、前記輪帯部の段差境界線によって形成される円の直径が、前記第１および前記第２の径の間の値を有することを特徴とするものである。
Δλ１＝ｍλ１＋δ１ ・・・ （１）
Δλ２＝（２ｎ＋１）λ２／２＋δ２・・・ （２）
ただし、
Δλ１：波長λ１において輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に
相当する位置を通過する光と、輪帯部が存在する場合に該輪帯部の
形成位置を通過する光との光路長差
Δλ２：波長λ２において輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に
相当する位置を通過する光と、輪帯部が存在する場合に該輪帯部の
形成位置を通過する光との光路長差
ｍ，ｎ：整数
δ１：波長λ１の整数倍からのずれ量であり、｜δ１｜≦０．２５λ１
δ２：波長λ２の整数倍＋半波長からのずれ量であり、
｜δ２｜≦０．２５λ２
【０００９】
さらに下記条件式（３）、（４）を満足することが好ましい。
｜δ１｜≦０．２λ１ ・・・ （３）
｜δ２｜≦０．２λ２ ・・・ （４）
【００１０】
本発明の光ピックアップ装置は、光源側から順に、請求項１または２記載の２波長用開口制限フィルタおよび光記録媒体用対物レンズが配設され、情報の記録または再生がなされる際に、第１開口数および前記波長λ１の光に対応する第１光記録媒体、ならびに第２開口数および前記波長λ２の光に対応する第２光記録媒体に対して、前記使用光を各々所望の位置に収束させるように構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
まず、図７を用いて本発明の実施形態に係る２波長用開口制限フィルタを用いた光ピックアップ装置について説明する。
【００１２】
この光ピックアップ装置では、図７に示すように、ＬＤ電源１からの電力供給により半導体レーザ３、４から出力されたレーザ光１１がハーフミラー６により反射され、コリメータレンズ７により略平行光とされ、本実施形態の２波長用開口制限フィルタ１４を介して対物レンズ８により収束光とされて光ディスク９の記録領域１０上に照射される。なお、例えば、半導体レーザ４は、ＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）用の、波長６５０ｎｍ（λ１）の可視域のレーザ光を出力する光源であり、半導体レーザ３は、ＣＤ−Ｒ（追記型光ディスク）等のＣＤ系用の、波長７８０ｎｍ（λ２）程度の近赤外域のレーザ光を出力する光源であり、プリズム５を介していずれかの半導体レーザ３、４から出力されたレーザ光１１がハーフミラー６に照射されるようになっている。また、ＬＤ電源１と半導体レーザ３、４との間には切替スイッチ２が配されており、この切替スイッチ２の操作によりいずれかの半導体レーザ３、４に電力が供給されるようになっている。さらに、２波長用開口制限フィルタ１４と対物レンズ８の間には、絞り１２が配設されている。
【００１３】
上記記録領域１０には信号情報を担持したピットがトラック状に配列されるようになっており、この記録領域１０からの上記レーザ光１１の反射光は信号情報を担持した状態で対物レンズ８およびコリメータレンズ７を介してハーフミラー６に入射し、このハーフミラー６を透過して４分割のフォトダイオード１３に入射する。このフォトダイオード１３では、分割された４つのダイオード位置の各受光量を演算してデータ信号、およびフォーカスとトラッキングの各エラー信号を得る。
【００１４】
なお、ハーフミラー６は光ディスク９からの戻り光の光路に対して４５°傾いた状態で挿入されているのでシリンドリカルレンズと同等の作用をなし、このハーフミラー６を透過した光ビームは非点収差を有することとなり、４分割のフォトダイオード１３上におけるこの戻り光のビームスポットの形状に応じてフォーカスのエラー量が決定されることとなる。なお、上記コリメータレンズ７は状況に応じて省略することも可能であり、さらに半導体レーザ３、４とハーフミラー６との間にグレーティングを挿入して３ビームによりトラッキングエラーを検出することも可能である。
【００１５】
このようにこの光ピックアップ装置では、ＤＶＤとＣＤ−Ｒ（ＣＤ系）のいずれの光ディスク９についても信号の記録・再生が可能となるように構成されている。なお、ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ系）は共にＰＣ（ポリカーボネート）からなる保護板を有している。
【００１６】
ところで、上記ＤＶＤは幾何学的厚みが０．６ｍｍ、屈折率が１．５８のものが多く使用されており、上記ＣＤ−Ｒは幾何学的厚みが１．２ｍｍに規格統一されており、屈折率が１．５５のものが多く使用されている。また、これらの光ディスク９はそれぞれ異なる開口数の系で使用される。このピックアップ装置において光源からの光は、対物レンズ８の前段に配された本実施形態の２波長用開口制限フィルタ１４を透過することにより、これらいずれの光ディスク９を用いた系についても適切な開口数を確保することができる。
【００１７】
本実施形態の２波長用開口制限フィルタ１４は、平行平面板よりなり対物レンズ側の面（もしくは光源側の面であってもよい）に、中央部分とは高低差を有する輪帯部１５が形成されている。この輪帯部１５は、下記条件式（１）、（２）を満足するように形成される。なお、図７では説明の便宜上、輪帯部１５の段差を強調して示している。
【００１８】
Δλ１＝ｍλ１＋δ１ ・・・ （１）
Δλ２＝（２ｎ＋１）λ２／２＋δ２・・・ （２）
ただし、
Δλ１：波長λ１において輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に相当する位置を通過する光と、輪帯部が存在する場合に該輪帯部の形成位置を通過する光との光路長差
Δλ２：波長λ２において輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に相当する位置を通過する光と、輪帯部が存在する場合に該輪帯部の形成位置を通過する光との光路長差
ｍ，ｎ：整数
δ１：波長λ１の整数倍からのずれ量であり、｜δ１｜≦０．２５λ１
δ２：波長λ２の整数倍＋半波長からのずれ量であり、
｜δ２｜≦０．２５λ２
【００１９】
すなわちこの輪帯部１５は、波長λ１の光に対しては、輪帯部１５以外を通過する光と輪帯部１５を通過する光との位相差を波長λ１の整数倍とし、見かけ上の位相差をなくし、光束の外周部においてその光量をそのまま保持するように作用する。他方、この輪帯部１５は、波長λ２の光に対しては、輪帯部１５が存在しないと仮定した場合にその輪帯部に相当する位置を通過する光と輪帯部が存在する場合にその輪帯部の形成位置を通過する光との位相差を（２ｎ＋１）×波長／２（ただし、ｎは整数、以下同様）とするような段差を有している。したがって、波長λ２の光に対しては、光束の外周部において輪帯部１５以外を通過する光と輪帯部１５を通過する光との間で位相差が１／２波長の奇数倍となり、両光の間で光を弱め合う干渉効果が生じることにより、射出される光量としては、その相殺された光量分だけ光量が見かけ上消失されたものとみなすことができる。なおこの作用に関しては、雑誌「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ」（１９９２年９月号）第６６頁〜第７２頁に掲載の千葉工業大学 電子工学科 小瀬 輝次著の「特集：実用化が期待される解像限界克服技術 超解像光学系」に原理的な説明がなされているが、ここでは光の干渉を以って説明する。
【００２０】
このようにして例えば、波長λ１をＤＶＤ用に使用する６５０ｎｍとし、波長λ２をＣＤ−Ｒ等のＣＤ系用に使用する７８０ｎｍとした場合には、ＤＶＤ用に使用する波長光に対しては光量がそのまま保持され、ＣＤ系用に使用する波長光に対しては光束の外周部の光量が見かけ上消失される。
【００２１】
なお、上記δ１およびδ２は、下記条件式（３）、（４）の範囲内とされることが好ましい。
｜δ１｜≦０．２λ１ ・・・ （３）
｜δ２｜≦０．２λ２ ・・・ （４）
【００２２】
すなわち、ガウスの振幅分布をもった光に干渉作用を生じさせて所望の径を有する光束を得るためには、必ずしも厳密に、波長λ１の光に対しては１／２波長の偶数倍、波長λ２の光に対しては１／２波長の奇数倍の位相差を発生させる必要はなく、むしろレンズで発生する収差等を考慮し、その位相差には若干のずれがあることが好ましい。そのずれ量の数値範囲としては、およそ２割程度とされることが好ましい。
【００２３】
また、フィルタ１４の中央部と輪帯部１５との段差境界線によって形成される円の直径は、上記各波長の系のそれぞれが必要とする開口数に応じた光束径の間の値となるように設定されていることが好ましい。例えば、ＤＶＤ用に使用する波長λ１に対する系の開口数（０．６）に応じてフィルタ１４を透過する光束の半径をＲ１とし、ＣＤ−Ｒ等のＣＤ系用に使用する波長λ２に対する系の開口数（０．４５）に応じてフィルタ１４を透過する光束の半径をＲ２とした場合には、輪帯部１５の境界線は、半径Ｒ２から半径をＲ１の間の値となるように設定されていることが好ましい。さらに、この時の境界線の半径をＲｘとした場合に、半径Ｒｘは、輪帯部１５のうち半径Ｒ２から半径Ｒ１のドーナツ状部分の面積を二等分する位置が良いと考えられる。すなわち、πＲ１ ２−πＲｘ ２＝πＲｘ ２−πＲ２ ２により輪帯部の境界位置の半径Ｒｘは、｛（Ｒ１ ２＋Ｒ２ ２）×（１／２）｝１／２となる。
【００２４】
輪帯部の境界位置の半径Ｒｘがこのように設定され、その外周側を輪帯部１５とすることにより、波長６５０ｎｍ（λ１）の光に対しては、輪帯部１５を通過する光と中央部を通過する光との見かけ上の位相差が生じないため、フィルタ１４を通過する光束の径は狭められることなく、系の開口数（０．６）を得ることができる。他方、波長７８０ｎｍ（λ２）の光に対しては、輪帯部１５を通過した光とそれよりも中央部を通過した光との位相差が１／２波長の奇数倍であるため両光が互いに干渉し合い、光束の外周部の光量を見かけ上消失せしめて系の開口数を０．４５相当とすることができる。
【００２５】
なお、フィルタ１４に形成される輪帯部１５は、中央部との境界線とは逆の、外側に位置するもう一方の境界線が、系に所望される２つの開口数のうちの大きい方の開口数に対応する位置よりも外側に存在するような凹状、または凸状の輪帯であっても良いし、あるいは外側の境界位置がフィルタ１４のコバ面まで存在しない輪帯であっても良いものとする。
【００２６】
このような輪帯部１５を備えた２波長用開口制限フィルタ１４を配することにより、ＤＶＤが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、半導体レーザ４からの波長６５０ｎｍ（λ１）のレーザ光１１がコリメータレンズ７により略平行光とされたままの状態でフィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光１１は輪帯部１５の存在に影響されず、系の開口数は０．６となり、レーザ光１１は対物レンズ８によりＤＶＤの記録面上に収束せしめられることになる。
【００２７】
一方、ＣＤ−Ｒ（ＣＤ系）が所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、コリメータレンズ７の焦点位置からずらした位置に配置された半導体レーザ３からの波長７８０ｎｍ（λ２）のレーザ光１１がやや発散された状態で２波長用開口制限フィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光１１は、輪帯部１５によりその外周部の光束が干渉効果により見かけ上消失し、系の開口数は０．４５相当となり、レーザ光１１は対物レンズ８によりＣＤ−Ｒ（ＣＤ系）の記録面上に収束せしめられることになる。
【００２８】
なお、図７において示されている絞り１２は本実施形態において必ずしも必須のものではなく、まして、従来例のように異なる２波長の使用光に対する各々所望の開口数を切り替えるために作用するものではない。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態に係る２波長用開口制限フィルタは複雑な機構を用いずに、異なった波長に対し各々所定の開口数相当の光束を得ることができるものである。すなわち、液晶シャッタや切替式により開口数の調整を行うものに比べ、明らかに単純な構成であるとともにコンパクト化および低廉化を図ることができる。また、ダイクロイックコートを施したフィルタで問題となっていた反射光の発生を防止することができる。また、本発明の２波長用開口制限フィルタは平行平面板の外周部と中央部に段差を形成するものであるため、加工が比較的容易であるとともに公差の許容度が広く製造性がよいという利点もある。
【００３０】
したがって、本実施形態に係る２波長用開口制限フィルタを光ピックアップ装置に用いると、装置のコンパクト化および低廉化を図ることができる。また、反射光がレーザ光源に戻ってしまったり、フォトディテクタに入射してしまったりするようなノイズの発生を防止することができる。
【００３１】
なお、特開平１０−２６７２６号公報には、光源側の面に輪帯部を設けた収差補正用光学素子が開示されているが、これは単一波長光源を対象とした光ピックアップ用の収差補正用光学素子である。また、同公報記載の光学系は、ＤＶＤ用の光学系をＣＤ系用に使用した場合に生じる大きな波面収差を減少させることを目的としたものである。すなわち、同公報記載の光学系は、２波長光源に対応したものではない。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の２波長用開口制限フィルタおよびこれを用いた光ピックアップ装置を実施例により具体的に説明する。
【００３３】
＜実施例１＞
図１は、実施例１に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の、２波長用開口制限フィルタ１４から光ディスク９までを拡大した模式図である。実施例１に係る２波長用開口制限フィルタ１４は、図１に示すように、対物レンズ側の面の外周部に、対物レンズ側に凹状とされた輪帯部１５を有している。なお、図１では説明の便宜上、段差を強調して示している（図３において同じ）。また、図中、Ｘは光軸を示す（図３、８において同じ）。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、ＤＶＤ９ａが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、波長６５０ｎｍ（λ１）のレーザ光が略平行光とされた状態でフィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光は輪帯部１５の存在に影響されず、系の開口数は０．６となり、これによりレーザ光は絞り１２を透過して対物レンズ８によりＤＶＤ９ａの記録面上に収束せしめられる。
【００３５】
他方、図１（ｂ）に示すように、ＣＤ−Ｒ９ｂが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、波長７８０ｎｍ（λ２）のレーザ光がやや発散された状態でフィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光は輪帯部１５によりその外周部の光束が干渉作用により見かけ上消失し、系の開口数は０．４５相当となり、これによりレーザ光は絞り１２を透過して対物レンズ８によりＣＤ−Ｒ９ｂの記録面上に収束せしめられる。
【００３６】
なお、本実施例１において用いられた対物レンズ８は、両面がともに下記非球面式で表される非球面とされている。
【００３７】
【数１】
下記表１に、実施例１に係る２波長用開口制限フィルタ１４から光ディスク９までのデータ（曲率半径Ｒ、λ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する面間隔Ｄおよびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する屈折率Ｎ）を示す。また下記表２に、輪帯部１５が形成された２波長用開口制限フィルタ１４の厚みデータ、絞り１２の径およびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する光源位置（フィルタの光源側の面から光源までの距離）、ならびに対物レンズ８の各非球面の非球面係数の各値を示す。なお、表２において光源位置が無限大ということは、入射光束が平行光束であることを示している（以下の表３、表４において同じ）。
【００３９】
【表１】
【表２】
図２は、実施例１に係る２波長用開口制限フィルタ１４を備えた光ピックアップ装置の波面収差図を示すものであり、（ａ）は６５０ｎｍの光、（ｂ）は７８０ｎｍの光に対するものである。この波面収差図から明らかなように、実施例１に係る２波長用開口制限フィルタをλ＝６５０ｎｍおよび７８０ｎｍのいずれの系に使用した場合も、フィルタの中央部と輪帯部１５の境界位置に所定の位相差が発生していることがわかる。
【００４２】
＜実施例２＞
図３は、実施例２に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の、２波長用開口制限フィルタ１４から光ディスク９までを拡大した模式図である。実施例２に係る２波長用開口制限フィルタ１４は、図３に示すように、対物レンズ側の面の外周部に、対物レンズ側に凸状とされた輪帯部１５を有している。なお、この装置において対物レンズ８は、実施例１と同様のものが用いられている。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、ＤＶＤ９ａが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、波長６５０ｎｍ（λ１）のレーザ光が略平行光とされた状態でフィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光は輪帯部１５の存在に影響されず、系の開口数は０．６となり、これによりレーザ光は絞り１２を透過して対物レンズ８によりＤＶＤ９ａの記録面上に収束せしめられる。
【００４４】
他方、図３（ｂ）に示すように、ＣＤ−Ｒ９ｂが所定位置（ターンテーブル上）に配されてその記録・再生が行われる場合には、波長７８０ｎｍ（λ２）のレーザ光がやや発散された状態でフィルタ１４に入射することになるが、入射するレーザ光は輪帯部１５によりその外周部の光束が干渉作用により見かけ上消失し、系の開口数は０．４５相当となり、これによりレーザ光は絞り１２を透過して対物レンズ８によりＣＤ−Ｒ９ｂの記録面上に収束せしめられる。
【００４５】
下記表３に、実施例２に係る２波長用開口制限フィルタ１４から光ディスク９までのデータ（曲率半径Ｒ、λ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する面間隔Ｄおよびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する屈折率Ｎ）、輪帯部１５が形成された２波長用開口制限フィルタ１４の厚みデータ、ならびに、絞り１２の径およびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する光源位置（フィルタの光源側の面から光源までの距離）の各値を示す。
【００４６】
【表３】
図４は、実施例２に係る２波長用開口制限フィルタ１４を備えた光ピックアップ装置の波面収差図を示すものであり、（ａ）は６５０ｎｍの光、（ｂ）は７８０ｎｍの光に対するものである。この波面収差図から明らかなように、実施例２に係る２波長用開口制限フィルタをλ＝６５０ｎｍおよび７８０ｎｍのいずれの系に使用した場合も、フィルタの中央部と輪帯部１５の境界位置に所定の位相差が発生していることがわかる。
【００４８】
ここで、本発明の２波長用開口制限フィルタとの比較のため、図８（ａ）、（ｂ）に示したように開口絞り５２により開口数を調節した場合のデータを示す。なお、この従来例においても対物レンズ８は、実施例１および２と同様のものが用いられている。下記表４に、この従来例に係る対物レンズ５８から光ディスク５９までのデータ（曲率半径Ｒ、λ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する面間隔Ｄおよびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する屈折率Ｎ）、ならびに、絞り５２の径およびλ＝６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対する光源位置（レンズの光源側の面から光源までの距離）の各値を示す。
【００４９】
【表４】
また、図９は、従来の開口絞りによる光ピックアップ装置で集光した光のビームプロファイルを示すものであり、図５、６は、それぞれ上記実施例１、２に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置で集光した光のビームプロファイルを示すものである。図５、６、９において（ａ）は６５０ｎｍの光を集光した場合のビームプロファイル、（ｂ）は７８０ｎｍの光を集光した場合のビームプロファイルである。図５、６、９に示されるとおり、上記実施例１、２に係る２波長用開口制限フィルタを用いた場合、簡易な構成の装置であるにも拘わらず、ＮＡ０．６またはＮＡ０．４５となるように開口絞りを設けた従来のピックアップ装置とほぼ同様のビームプロファイルとなっていることが明らかである。
【００５１】
なお、本発明の２波長用開口制限フィルタとしては上述した実施形態のものに限られず種々の態様の変更が可能であり、フィルタを形成する材料としては、例えばプラスチック材料を使用することができる。
【００５２】
また、実施例においては対物レンズ側のフィルタ面に輪帯部を設けているが、光源側のレンズ面に輪帯部を設けても良いし、両方の面に総和としてフィルタの厚みの差が所定量となるように輪帯部が設けられていても良い。ただし、いずれか一方の面に形成する方が加工性の点では有利となる。
【００５３】
また、本発明の２波長用開口制限フィルタは、実施例において用いた対物レンズだけでなく、他のピックアップ装置用対物レンズと組み合わせて使用してもよい。このような場合、本発明のフィルタ自身が、開口数および使用光の波長が異なる２つの系に対して、使用光を各々所望の開口数に相当する光束として通過させ得る機能を有しているので、組み合わせの自由度が高い。
【００５４】
また、実施形態の説明において使用光の波長を６５０ｎｍと７８０ｎｍの組み合わせとしているが、本発明の２波長用開口制限フィルタはこの波長の組み合わせに限られず、他の異なる２種類の波長の組み合わせとすることもできる。例えば、ディスク厚が同じであっても、使用条件として波長が異なり、レンズの明るさ（ＮＡ）を変更する必要がある光学系に対して、本発明を応用することができる。また、所望の開口数も０．６と０．４５の組み合わせに限られない。
【００５５】
また、本発明の光ピックアップ装置において、記録・再生対象となる光記録媒体はＤＶＤおよびＣＤ−Ｒ（ＣＤ系）に限られず、使用波長および開口数の仕様が互いに異なる２つの光記録媒体を共通の光ピックアップ装置で記録・再生する場合に適用することができる。
【００５６】
また、本発明の光ピックアップ装置において、波長６５０ｎｍの光において平行光とし、波長７８０ｎｍの光において、発散光とする例を示したが、これに限定されることなく、いずれか一方の波長の光に対して見かけ上の開口数ＮＡを変えることができる。
【００５７】
また、上記実施形態に係る光ピックアップ装置は互いに異なる波長の光を出力する各光源を設けているが、これに代えて２つの異なる波長の光を出力し得る１つの光源を設けるようにしても良い。
【００５８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の２波長用開口制限フィルタには少なくとも一方の面に、一方の波長λ１の光に対しては光束の外周部の光量をそのまま保持せしめ、他方の波長λ２の光に対しては該光量を干渉効果により見かけ上消失せしめるように作用する輪帯部が設けられている。このように単純な構成によりこの２波長用開口制限フィルタは、開口数および使用光の波長が異なる２つの系に対して使用光を各々所望の開口数に相当する光束として通過させ得るので、本発明によれば、コンパクトで製造性が良好で低廉な２波長用開口制限フィルタおよびこれを用いた光ピックアップ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の部分模式図
【図２】実施例１に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の波面収差図
【図３】実施例２に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の部分模式図
【図４】実施例２に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置の波面収差図
【図５】実施例１に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置で集光した光のビームプロファイル
【図６】実施例２に係る２波長用開口制限フィルタを備えた光ピックアップ装置で集光した光のビームプロファイル
【図７】本発明の実施形態に係る光ピックアップ装置を示す概略図
【図８】従来の光ピックアップ装置の部分模式図
【図９】従来の光ピックアップ装置で集光した光のビームプロファイル
【符号の説明】
１ ＬＤ光源
２ 切替スイッチ
３，４ 半導体レーザ
５ プリズム
６ ハーフミラー
７ コリメータレンズ
８ 対物レンズ
９ 光ディスク
１０ 記録領域
１１ レーザ光
１２ 絞り
１３ フォトダイオード
１４ ２波長用開口制限フィルタ
１５ 輪帯部
Claims (3)
- 絞りと平行平面板とを含んでなり、該平行平面板の少なくとも一方の面に、互いに異なる２つの波長の光のうち一方の波長λ１の光に対しては外周部の光量をそのまま保持せしめ、他方の波長λ２の光に対しては干渉効果により光束の該外周部の光量を見かけ上消失せしめるように作用する輪帯部を設け、
該輪帯部は、該輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に相当する位置を通過する光と、該輪帯部が存在する場合に該輪帯部の形成位置を通過する光とが下記条件式（１）、（２）を満足するような位相差を発生させる段差を有し、
かつ前記波長λ１の光に対しては前記絞りにより第１の径を有する光束として出力し、前記波長λ２の光に対しては前記平行平面板により第２の径を有する光束として出力する場合に、前記輪帯部の段差境界線によって形成される円の直径が、前記第１および前記第２の径の間の値を有することを特徴とする２波長用開口制限フィルタ。
Δλ１＝ｍλ１＋δ１ ・・・ （１）
Δλ２＝（２ｎ＋１）λ２／２＋δ２・・・ （２）
ただし、
Δλ１：波長λ１において輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に
相当する位置を通過する光と、輪帯部が存在する場合に該輪帯部の
形成位置を通過する光との光路長差
Δλ２：波長λ２において輪帯部が存在しないと仮定した場合に該輪帯部に
相当する位置を通過する光と、輪帯部が存在する場合に該輪帯部の
形成位置を通過する光との光路長差
ｍ，ｎ：整数
δ１：波長λ１の整数倍からのずれ量であり、｜δ１｜≦０．２５λ１
δ２：波長λ２の整数倍＋半波長からのずれ量であり、
｜δ２｜≦０．２５λ２ - 下記条件式（３）、（４）を満足することを特徴とする請求項１記載の２波長用開口制限フィルタ。
｜δ１｜≦０．２λ１ ・・・ （３）
｜δ２｜≦０．２λ２ ・・・ （４） - 光源側から順に、請求項１または２記載の２波長用開口制限フィルタおよび光記録媒体用対物レンズが配設され、情報の記録または再生がなされる際に、第１開口数および前記波長λ１の光に対応する第１光記録媒体、ならびに第２開口数および前記波長λ２の光に対応する第２光記録媒体に対して、前記使用光を各々所望の位置に収束させるように構成されたことを特徴とする光ピックアップ装置。
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