JP4508950B2 - 光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長の相違する複数のレーザー光を選択的に単一の対物レンズに入射して信号層を覆うカバー層の厚みが相違する複数の記録媒体に適合させた光ピックアップ装置に関する。

光ディスクにおいては、普及している現行の光ディスク規格であるＤＶＤやＣＤより記録密度の向上が図られた青紫色波長帯（４００ｎｍ〜４２０ｎｍ）のレーザー光を用いた最新世代光ディスク規格、Blu-ray Disc規格やHD DVD（High Density Digital Versatile
Disk）規格が提案されている。

青紫色波長帯のレーザー光を用いた最新世代光ディスク規格に対応する光ディスクドライブは、従来からのＤＶＤやＣＤも再生できるように互換性を確保しており、通常、単一の光ピックアップ装置により最新世代光ディスクの他にＤＶＤ規格やＣＤ規格に対応させる。このように単一の光ピックアップ装置により新旧３世代の光ディスクに対応させる場合、各光ディスクとも要求する光学特性が相違するが、単一の対物レンズにより各光ディスク全てに対応させることが構成上好ましく、このような光ピックアップ装置が提案されている。（特許文献１参照）
単一の対物レンズを新旧３世代の各光ディスクに対応させるには、入射面に輪帯状の回折格子が形成される対物レンズを使用する方法が考えられている。この回折格子付き対物レンズは、各光ディスクに使用する波長の各レーザー光が回折される所定次数の回折光が各光ディスクに対して球面収差を補正して適切に集光作用を有するように設計される。例えば、青紫色レーザー光の２次回折光により最新世代光ディスクに適合させ、赤色レーザー光及び赤外レーザー光に１次回折光によりそれぞれＤＶＤ及びＣＤに適合させる。

あるいは、各光ディスクに適合する回折光を各波長のレーザ光ごとに形成させる回折格子が対物レンズとは別に設けられて単一の対物レンズにより各光ディスク全てに対応させることが行われる。

ところで、各光ディスクに対応させるために回折格子付き対物レンズや対物レンズと別に回折格子を用いて各波長のレーザー光を回折して所定次数の回折光を用いる光ピックアップ装置の場合、各波長のレーザー光ごとに使用する回折光の回折効率を良好にするべく回折格子の回折溝が設計されるが、３波長ものレーザー光に対応させると、全ての波長のレーザー光に対して満足する回折効率を確保することが困難であり、優先度の低い波長のレーザー光の回折効率が低くなってしまう。すなわち、例えば短波長レーザーほど最高光出力が低い現状であることに起因して記録密度の高いディスクに対して回折効率の優先度を高くする必要があるので、世代が最も古く、記録密度が最も低いＣＤ用のレーザー光における回折効率が犠牲となり、他のディスク用レーザー光に設定される回折効率との兼ね合いになるが、設計によってはＣＤ用のレーザー光における回折効率は４０％程度になり、不要な回折光（フレア光）（６０％程度）より低い値になってしまう。

このような回折効率であると、３ビームのメインビームのフレア光が光検出器のサブビーム用受光領域に受光される受光量が無視できない程増大し、トラッキングサーボやフォーカスサーボを不安定としてしまう。

その為、このような回折効率で実用可能とするには、光検出器に受光されるフレア光による影響を抑える必要がある。

従来、この光検出器に受光されるフレア光による影響を抑えるため、円形開口が形成された開口制限板を用いて光検出器に受光されるフレア光の除去を図ることが行われていた。（特許文献２参照）
特開２００４−１０３１３５号公報 特開平１１−３４４６６６号公報

ところで、フレア光による影響で問題視されている点は、本来必要なレーザー光の有効径内でこのレーザー光とフレア光とが重なり合ってフレア光による影響が強調されることであるが、フレア光の除去に開口制限板を用いる方法は、レーザー光の有効径外のフレア光を除去することが出来るが、レーザー光の有効径内のフレア光に対して全く効果がない。

したがって、レーザー光の有効径内でこのレーザー光とフレア光とが重なり合ってフレア光による影響が強調されることを低減することが望まれている。

請求項１に係る発明は、波長の相違する各レーザー光を回折して各種記録媒体に対応する所定次数の回折光を発生させる回折格子を設け、この回折格子を介して対物レンズに入
射する所定波長のレーザー光を中央領域と周縁領域とで逆相にする位相差を付与する位相板を設け、前記中央領域を所定波長のレーザー光に対するＮＡに対応させ、前記回折格子により前記周縁領域における所定波長のレーザー光に対して記録媒体の信号層に収束させないフレア光を発生させ、前記レーザー光の中央領域と周縁領域とで発生するフレア光の位相を逆相にしている。これによりレーザー光の中央領域により発生されるフレア光とレーザー光の周縁領域により発生されるフレア光とがレーザー光の中央領域である有効径内で重なり合った際に互いに打ち消し合うようにしている。

本発明に依れば、所定の記録媒体に適合する波長のレーザー光の中央領域と周縁領域とで発生するフレア光の位相を逆相にしているので、レーザー光の中央領域により発生されるフレア光とレーザー光の周縁領域により発生されるフレア光とがレーザー光の中央領域である有効径内で重なり合った際に互いに打ち消し合い、この結果、レーザー光の有効径内でのフレア光の影響が抑えられる。

この場合、位相板により位相が逆相にされるレーザー光の中央領域と周縁領域とで発生するフレア光の焦点位置を略一致させるように、あるいは前記各フレア光の焦点位置の差を前記レーザー光の波長の略整数倍にするようにしているので、レーザー光の中央領域により発生されるフレア光とレーザー光の周縁領域により発生されるフレア光とがそれぞれ記録媒体により反射されてレーザー光の有効径内で重なり合う場合の前記各フレア光の位相が逆相に保持された状態となり、有効に打ち消し合いが行われる。

レーザー光を回折格子による回折効率が最も低いレーザー光を位相板により中央領域と周縁領域とで位相を逆相にしており、最もフレア光による影響が大である記録媒体に適合する波長のレーザー光に対してフレア光の対策を行って実用可能にし、これにより単一の対物レンズを３波長のレーザー光に対応させた光ピックアップ装置が提供できる。

図１は本発明にかかる光ピックアップ装置の一実施例を示す光学配置図であり、この光ピックアップ装置は、ＣＤ、ＤＶＤ及び最新世代光ディスク（HD DVDあるいはBlu-ray Disc）に対応する構成となっている。

第１レーザーユニット１は同一半導体基板上にＣＤに適した赤外波長帯７６５ｎｍ〜８０５ｎｍの第１波長、例えば７８０ｎｍのレーザー光を発光する第１発光点２と、ＤＶＤに適した赤色波長帯６４５ｎｍ〜６７５ｎｍの第２波長、例えば６５０ｎｍのレーザー光を発光する第２発光点３とを有するレーザーダイオードにより構成され、単一のレーザーユニットでＣＤ記録再生及びＤＶＤ記録再生に適合する２波長のレーザー光を発光するようになっている。

第２レーザーユニット４はHD DVD（あるいはBlu-ray Disc）の最新世代光ディスクに適した青紫色（青色）波長帯４００ｎｍ〜４２０ｎｍの第３波長、例えば４０５ｎｍのレーザー光を発光する第３発光点５を有するレーザーダイオードにより構成される。

第１レーザーユニット１の第１発光点２及び第２発光点３からそれぞれ出射される第１波長及び第２波長の各レーザー光は、３ビーム分離用回折格子６によりトラッキング制御に使用される±１次回折光を形成するべく回折され、その後、１／２波長板７により偏光方向が調整されてダイクロイックプリズム８のフィルタ面８ａの透過方向からこのダイクロイックプリズム８に供給される。

一方、第２レーザーユニット４の第３発光点５から出射される第３波長のレーザー光は、３ビーム分離用回折格子９によりトラッキング制御に使用される±１次回折光を形成するべく回折され、その後、１／２波長板１０により偏光方向が調整されてダイクロイックプリズム８のフィルタ面８ａの反射方向からこのダイクロイックプリズム８に供給される。

このダイクロイックプリズム８は第１レーザーユニット１と第２レーザーユニット４とを別光路に配置する役割を担っており、ダイクロイックプリズム８のフィルタ面８ａは、６５０ｎｍ及び７８０ｎｍのレーザー光の透過率を９５％以上確保すると共に、４０５ｎｍレーザー光の透過率を５％未満、すなわち反射率を９５％以上確保するような波長選択性を有する反射・透過コートが施されている。

その為、第１レーザーユニット１から出射される第１及び第２波長の各レーザー光はダイクロイックプリズム８のフィルタ面８ａを透過して偏光ビームスプリッタ１１に入射され、一方、第２レーザーユニット４から出射される第３波長のレーザー光はダイクロイックプリズム８のフィルタ面８ａを反射して偏光ビームスプリッタ１１に入射される。

ここで、第１波長、第２波長及び第３波長の各レーザー光は、それぞれ１／２波長板７及び１／２波長板１０により偏光ビームスプリッタ１１の偏光フィルタ面１１ａに対してｐ偏光に設定されてこの偏光フィルタ面１１ａを透過するように設定されている。

偏光ビームスプリッタ１１の偏光フィルタ面１１ａを透過した第１レーザーユニット１から出射される各レーザー光及び第２レーザーユニット４から出射されるレーザー光は、コリメータレンズ１２より平行光になされた後、反射ミラー１３により反射されて光軸が直角に折曲される。

反射ミラー１３により反射されたレーザー光は、ビームエキスパンダ１４及び１／４波長板１５をそれぞれ通過し、更に、ＣＤに適合する波長のレーザー光の位相を逆相にするべく位相差を付与する領域を有する位相板１６を通過して対物レンズ１７に入射され、該対物レンズ１７により収束されてディスクＤに照射される。

ビームエキスパンダ１４は凹レンズ１４ａ及び凸レンズ１４ｂの組み合わせレンズによ
り構成され、凹レンズ１４ａが光軸方向に変位可能であると共に、収差補正アクチュエータ１８により駆動可能になっており、ディスクＤの信号層に発生される球面収差に応じて対物レンズ１７に入射されるレーザー光束の角度を調整し、ディスクＤの信号層を被覆するカバー層（透明基板）の厚み、あるいは温度変化や発光されるレーザー光の波長変化に起因して発生される球面収差を打ち消すような球面収差を発生する。

ビームエキスパンダ１４の駆動は、後述の光検出器２１の所定の受光出力を用いて発生している球面収差を検出して行われたり、光ピックアップ装置によって読み出されたＲＦ信号の電圧レベルが最大になるように、あるいはＲＦ信号のジッター成分が最少となるように行われる。

対物レンズ１７は、各光ディスクに使用する波長の各レーザー光をそれぞれの光学特性に合わせて回折する回折格子１７ａが入射面に光軸を中心として輪帯状に形成され、この回折格子１７ａにより回折される所定次数の回折光が各光ディスクに対して球面収差を補正して適切に集光作用を有するように設計される。例えば、赤外レーザー光及び赤色レーザー光の１次回折光をそれぞれＣＤ及びＤＶＤに適合させ、青紫色レーザー光の２次回折光を最新世代光ディスクに適合させており、第１レーザーユニット１の第１発光点２から発光されるＣＤに適合する第１波長の赤外レーザー光の１次回折光がＣＤの記録再生に適したＮＡ及び収差補正された所期の特性を発揮し、第１レーザーユニット１の第２発光点３から発光されるＤＶＤに適合する第２波長の赤色レーザー光の１次回折光がＤＶＤの記録再生に適したＮＡ及び収差補正された所期の特性を発揮し、第２レーザーユニット４の第３発光点５から発光される最新世代光ディスクに適合する第３波長の青紫色レーザー光の２次回折光が最新世代光ディスクの記録再生に適したＮＡ及び収差補正された所期の特性を発揮する。尚、各光ディスクに対応させる回折光は、回折格子１７ａを含む対物レンズ１７の設計により上記例の次数に限定されるものではない。

このような光学系により第１レーザーユニット１の第１発光点２及び第２発光点３からそれぞれ発光されるＣＤ用の第１波長のレーザー光及びＤＶＤ用の第２波長のレーザー光と第２レーザーユニット４の第３発光点５から発光される最新世代光ディスク用の第３波長のレーザー光は、単一の対物レンズ１７に入射され、該対物レンズ１７を対物レンズアクチュエータ１９によりフォーカス方向及びトラッキング方向に駆動することによりディスクＤの信号層の所定の信号トラックに収束されて照射される。

ディスクＤの信号層により変調されて反射されたレーザー光は対物レンズ１７に戻り、来た光路を経由して戻されて偏光ビームスプリッタ１１に至る。この偏光ビームスプリッタ１１に戻されるレーザー光は、ディスクＤへの往路と復路で１／４波長板１５を２度通過するので、前記偏光ビームスプリッタ１１に戻されたレーザー光は偏光方向が１／２波長回転されている。その為、ディスクＤへの往路ではｐ偏光であったレーザー光がｓ偏光となって偏光ビームスプリッタ１１に入射される。

したがって、前記偏光ビームスプリッタ１１に戻されたレーザー光は、偏光フィルタ面１１ａにより反射され、ディスクＤに照射されるレーザー光のフォーカスエラー成分を発生させると共に、焦点調整を行うサーボレンズ２０を介して光検出器２１に導かれる。前記光検出器２１には、ＣＤの記録再生に用いられるＣＤ受光部（図示せず）、ＤＶＤの記録再生に用いられるＤＶＤ受光部（図示せず）及び最新世代光ディスクの記録再生に用いられる最新世代光ディスク受光部（図示せず）が形成されており、ＣＤ用の第１波長のレーザー光は前記ＣＤ受光部の各受光領域に受光され、ＤＶＤ用の第２波長のレーザー光は前記ＤＶＤ受光部の各受光領域に受光され、最新世代光ディスク用の第３波長のレーザー光は前記最新世代光ディスク受光部の各受光領域に受光される。

その為、各種ディスクの記録信号が得られると共に、各種ディスクに対応したフォーカス制御及びトラッキング制御、あるいはチルト制御に用いられる各制御信号が得られる。

ところで、先述したように、対物レンズ１７は３波長のレーザー光に対応させるべく入射面に回折格子１７ａが形成されているが、この回折格子１７ａにより不要な回折光であるフレア光が発生される。この場合、世代が最も古く、記録密度が最も低いＣＤ用のレーザー光における回折格子１７ａの回折効率の優先順位が最も低くなっており、第１レーザーユニット１の第１発光点２から出射される第１波長のＣＤ用レーザー光のフレア光に対して対策が図られている。

位相板１６は対物レンズ１７に入射するＣＤ用レーザー光を中央領域と周縁領域とで逆相にする位相シフトを発生する位相シフト構造となっており、位相板１６は図２の平面図に示す如く、ＣＤ用のレーザー光の中央領域である有効径内を通過するひとみ部１６ａとＣＤ用のレーザー光の周縁領域を通過する周縁部１６ｂとを備えており、前記ひとみ部１６ａは対物レンズ１７のＣＤ用のレーザー光に対するＮＡに対応する径の光軸を中心とした円形に形成されており、前記周縁部１６ｂはひとみ部１６ａを通過するレーザー光に対してπラジアンの位相シフトを付与するようになっている。

位相板１６の位相シフト構造は、例えば位相板１６の厚みをひとみ部１６ａと周縁部１６ｂとで相違させる溝構造の位相シフトパターンにより構成されたり、ひとみ部１６ａと周縁部１６ｂとで液晶分子の配向を相違させた液晶素子により構成される。位相板１６を位相シフトパターンにより構成する場合、ＣＤ用のレーザー光の波長に対してのみ作用し、他のＤＶＤ用及び最新世代光ディスク（HD DVD）用のレーザー光の波長に対して作用しないように波長選択性を持たせ、位相板１６を液晶素子により構成する場合、液晶分子の配向を選択的に切り換えるように液晶素子の駆動回路を設け、ＣＤ用のレーザー光を使用する場合のみ液晶素子をひとみ部１６ａと周縁部１６ｂとでπラジアンの位相シフトを付与するように駆動し、他のＤＶＤ用及び最新世代光ディスク用のレーザー光を使用する場合には液晶素子をひとみ部１６ａと周縁部１６ｂとで同位相とするように駆動する。

位相板１６のひとみ部１６ａと周縁部１６ｂとをそれぞれ通過するＣＤ用レーザー光は対物レンズ１７に入射され、図３に示す如く、位相板１６のひとみ部１６ａを介して入射される有効径内のＣＤ用レーザー光Ｌ１に対して対物レンズ１７の回折格子１７ａが有効に作用され、これにより１次回折光がディスクＤの信号層に収束されるようになっている。この有効径内のＣＤ用レーザー光Ｌ１に対しても収差によってフレア光が発生される。一方、位相板１６の周縁部１６ｂを介して入射される有効径外のＣＤ用のレーザー光Ｌ２に対して対物レンズ１７の回折格子１７ａはディスクＤの信号層に収束させないフレア光を発生する。

位相板１６のひとみ部１６ａと周縁部１６ｂとをそれぞれ通過するＣＤ用レーザー光は、互いにπラジアンの位相差を有して対物レンズ１７に入射される。その為、レーザー光の中央領域により発生されるフレア光とレーザー光の周縁領域により発生されるフレア光とがレーザー光の中央領域である有効径内で重なり合った際に互いに打ち消し合い、光検出器２１に受光されるレーザー光の有効径内でのフレア光の影響が抑えられる。

レーザー光の光強度分布は図４に示す如く中央のメインローブはガウシアン分布で表され、その周辺でサイドローブを有しており、レーザー光の周縁領域により発生されるフレア光は前記サイドローブに基づく光強度分布を有しているが、レーザー光の中央領域により発生されるフレア光とレーザー光の周縁領域により発生されるフレア光とが逆相で重なることにより前記サイドローブが打ち消されるようになる。

この場合、位相板１６により位相が逆相にされるレーザー光の中央領域と周縁領域とで発生する各フレア光の焦点位置を略一致させるように、あるいは前記各フレア光の焦点位置の差を前記レーザー光の波長の略整数倍にするように対物レンズ１７の光学設計が行われることが好ましく、このようにすることによりディスクＤにより反射されるフレア光に対してもレーザー光の中央領域と周縁領域とで発生するフレア光の位相が逆相に保持されるので、レーザー光の有効径内で重なり合う中央領域と周縁領域とで発生するフレア光の位相が逆相に保持された状態となり、フレア光の有効な打ち消し合いが行われる。

また、打ち消しが行えないフレア光に関しては、フレア光の結像位置を対物レンズ１７による焦点位置から可能な限り離すことにより光検出器２１に受光されるフレア光の受光量を低減させることでき、フレア光による悪影響を抑えるのに有効である。この場合、フレア光の結像位置を対物レンズ１７による焦点位置から大きく離す程困難であるが、実現可能な範囲では７％以上離すことで十分な効果が得られる。

尚、上述した実施例において、回折格子１７ａは対物レンズ１７の入射面に形成した構成を示したが、これに限定されるものではなく、回折格子１７ａを位相板１６と対物レンズ１７の間に設置しても良いし、回折格子１７ａを位相板１６に設けることも考えられる。

本発明にかかる光ピックアップ装置の一実施例を示す光学配置図である。 図１に示す光ピックアップ装置の位相板１６を説明する平面図である。 位相板１６及び対物レンズ１７を通過するＣＤ用レーザー光の経路を説明する説明図である。 レーザー光の光強度分布を説明する説明図である。

符号の説明

１ 第１レーザーユニット
４ 第２レーザーユニット
１６ 位相板
１６ａ ひとみ部
１６ｂ 周縁部
１７ 対物レンズ
１７ａ 回折格子
２１ 光検出器

Claims (5)

1. 波長の相違する複数のレーザー光を選択的に単一の対物レンズに入射して信号層を覆うカバー層の厚みが相違する複数の記録媒体に適合させた光ピックアップ装置であって、前記各レーザー光を回折して各種記録媒体に対応する所定次数の回折光を発生させる回折格子を設け、この回折格子を介して対物レンズに入射する所定波長のレーザー光を中央領域と周縁領域とで逆相にする位相差を付与する位相板を設け、前記中央領域は所定波長のレーザー光に対するＮＡに対応し、前記回折格子は前記周縁領域における所定波長のレーザー光に対して記録媒体の信号層に収束させないフレア光とし、前記レーザー光の中央領域と周縁領域とで発生するフレア光の位相を逆相にすることを特徴とする光ピックアップ装置。
2. 前記回折格子は対物レンズの入射面に輪帯状に形成されることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
3. 前記位相板により位相が逆相にされるレーザー光の中央領域と周縁領域とで発生するフレア光の焦点位置を略一致させるべく設計される対物レンズを用いたことを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
4. 前記位相板により位相が逆相にされるレーザー光の中央領域と周縁領域とで発生するフレア光の焦点位置の差を前記レーザー光の波長の略整数倍にするべく設計される対物レンズを用いたことを特徴とする請求項２記載の光ピックアップ装置。
5. 前記位相板により中央領域と周縁領域とで位相が逆相にされるレーザー光は、対応する複数のレーザー光のうち、回折格子による回折効率が最も低い波長のレーザー光であることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ装置。
   
   

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