本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
<<第1の実施形態>>
==レーザー集光装置を適用した光ピックアップ装置の全体構成例==
図1乃至図4を参照しつつ、本発明に係るレーザー集光装置(レーザー集光体)19及び当該レーザー集光装置19を適用した光ピックアップ装置の全体構成について説明する。図1は、本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成の一例を示す機能ブロック図である。尚、図1に示す左斜め斜線は、レンズホルダー11の断面を表しており、図1以降の図面においても同様にレンズホルダー11の断面を表すものとする。図2は、図1に示す対物レンズ10及び偏光ホログラム素子8の詳細図である。図3は、偏光ホログラム素子8に形成されたホログラムパターンの平面図である。図4は、偏光ホログラム素子8に形成されたホログラムパターンの断面図である。尚、以下、HD DVD規格の光ディスク媒体をHD DVD媒体(第2ディスク媒体)21といい、Blu-ray規格の光ディスク媒体をBlu-ray媒体(第1ディスク媒体)20という。また、光ディスク媒体における情報が記録される層を情報面という。更に、光ピックアップ装置からのレーザー光が、光ディスク媒体の一方側の面に入射されてから情報面に達するまでの厚さを保護層の厚みという。
光ピックアップ装置は、青紫色半導体レーザー1(半導体レーザー)、半導体レーザー(LD)駆動回路2、コリメータレンズ3、液晶素子4(偏光方向切替素子)、液晶駆動回路5、ミラー6、レーザー集光装置19を有する。また、レーザー集光装置19は、偏光ホログラム素子8、対物レンズ10、レンズホルダー11を有する。尚、図1に示す光ピックアップ装置は、一般的な光ピックアップ装置が有するFE(Focus Error)信号や
TE(Tracking Error)信号、RF(Radio Frequency)信号等を検出するための光学系(例えば、光検出器)や光学部品、さらにレーザー集光装置19をフォーカス方向やトラッキング方向に駆動するためのアクチュエータ等は省略している。
青紫色半導体レーザー1は、例えばp型半導体とn型半導体をpn接合したダイオードから構成されている。青紫色半導体レーザー1は、LD駆動回路2からの制御電圧が印加されることにより、HD DVD媒体21(保護層の厚み(第2保護層の厚み)0.6mm)及びBlu-ray媒体20(保護層の厚み(第1保護層の厚み)0.1mm〜0.075mm)に対応した波長が400nm〜410nmの青紫色レーザー光を、コリメータレンズ3に出射する。この青紫色レーザー光は、pn接合面と平行なX方向(第1方向)の直線偏光(以下、X方向レーザー光(第1レーザー光)という)である。尚、X方向は、青紫色半導体レーザー1を回転させることにより変更可能であり、任意の偏光方向を選択可能である。本実施形態においては、図1に示す矢印方向をX方向として、以下説明する。
コリメータレンズ3は、青紫色半導体レーザー1からのX方向レーザー光を平行光として、液晶素子4に出射する。
液晶素子4は、対向するように配置されたガラス基板12、13と、当該ガラス基板12、13の内側に設けられた透明電極14、15と、当該透明電極14、15間に液晶分子が封止された液晶分子層16から構成されている。透明電極14、15には、液晶駆動回路5からの交流電圧が印加される。そして、液晶分子層16は、透明電極14、15に印加された交流電圧レベルに応じた方向に液晶分子の向きが変化することによって、屈折率楕円体の方向が変化する。例えば、液晶駆動回路5からの交流電圧V1が透明電極14、15に印加されると、液晶分子の向きが当該交流電圧V1に応じた方向に変化する。そして、このときの液晶分子層16による屈折率楕円体の方向が、X方向レーザー光の偏光方向を保持したまま液晶分子層16を透過する、即ち位相差を与えない方向に傾く。一方、例えば、交流電圧V1より低い交流電圧V2が液晶駆動回路5から透明電極14、15に印加されると、液晶分子の向きが当該交流電圧V2に応じた方向に変化する。そして、このときの液晶分子層16による屈折率楕円体の方向が、X方向レーザー光の偏波面の屈折率楕円体長軸方向に平行な成分と垂直な成分で位相差が1/2波長異なるような方向に傾く。このため、X方向レーザー光は、1/2波長板と同じ位相作用を受け、X方向と直交するY方向(第2方向、図1紙面垂直方向)の直線偏光(以下、Y方向レーザー光(第2レーザー光)という)に変換されて液晶素子4を透過する。
尚、液晶を用いて1/2波長板と同じ作用させる従来技術としては、例えば特開2002−260272に記載されたものがある。また、本実施形態においては、X方向レーザー光をY方向レーザー光とするために液晶素子4を用いているが、これに限るものではない。例えば、水晶や複屈折フィルム(例えばアートン等)で構成される1/2波長板を用いても良い。そして、1/2波長板を用いてX方向レーザー光をY方向レーザー光とする場合、当該1/2波長板をX方向レーザー光の光路上に配設するように制御する。この結果、1/2波長板に入射したX方向レーザー光は、偏光方向がY方向に変更されたY方向レーザー光となる。一方、X方向レーザー光を透過させる場合、当該1/2波長板をX方向レーザー光の光路上に配設されないように制御することによって、X方向レーザー光はそのままミラー6に出射されることとなる。
ミラー6は、液晶素子4からのX方向レーザー光及びY方向レーザー光を反射して、偏光ホログラム素子8に出射する。
偏光ホログラム素子8は、複屈折性材料17(例えば、液晶、ニオブ酸リチウム)をガラス基板7、9で封止した構成となっている。複屈折性材料17とガラス基板9との間には、図3、図4に示すホログラムパターンが形成されている。尚、図3に示す同心円は、X方向レーザー光、Y方向レーザー光の入射側(図1下方向)からみたホログラムパターンの平面図である。また、図4に示す矩形は、図1紙面垂直方向からみたホログラムパターンを、X方向レーザー光、Y方向レーザー光の入射方向にて切断したときの断面図を示すものである。このホログラムパターンは、Blu-ray媒体20に対応した対物レンズ10のNA0.85(第1領域)の内側の領域である、NA0.65(第2領域)の領域に形成されている。
複屈折材料17は、X方向レーザー光に対して、ガラス基板7、9の屈折率ngと略等しい屈折率n1となる。そのため、X方向レーザー光は、図4に示すように偏光ホログラム素子8を回折されずに透過し、対物レンズ10へ出射される。また、複屈折材料17は、Y方向レーザー光に対して、ガラス基板7、9の屈折率ngとは異なる屈折率n2となる。そのため、Y方向レーザー光は、ホログラムパターンにて回折されて、図4に示すように例えば0次光、±1次光となる。つまり、このホログラムパターンは、HD DVD媒体21の情報面に対する例えば+1次光の収差が略ゼロとなるように、そのパターンが最適化されている。つまり、ホログラムパターンは、当該ホログラムパターンが形成された偏光ホログラム素子8と対物レンズ10の間隔等から一義的に定まるパターンとなって
いる。
レンズホルダー11は、X方向レーザー光及びY方向レーザー光を遮光する開口制限部18を有し、レーザー集光装置19をBlu-ray媒体20に対応したNA0.85に制限している。尚、偏光ホログラム素子8及び対物レンズ10は、一般的な手段である接着剤による接着、或いは、周知の技術である固着又は嵌め込み等の手段をもって、レンズホルダー11にて固定されている。
対物レンズ10は、NA0.85を有したBlu-ray媒体20に対応した対物レンズである。そして、対物レンズ10は、偏光ホログラム素子8からのX方向レーザー光を、Blu-ray媒体20の情報面に対して収差が略ゼロとなるように集光する。また、対物レンズ10は、偏光ホログラム素子8からの+1次光を、HD DVD媒体21の情報面に対して収差が略ゼロとなるように集光する。
==レーザー集光装置を適用した光ピックアップ装置の動作==
(1)Blu-ray媒体20に対する光ピックアップ装置の動作
先ず、図1乃至図4を参照しつつ、Blu-ray媒体20に対する、本発明に係るレーザー集光装置19及び当該レーザー集光装置19を適用した光ピックアップ装置の動作について説明する。
Blu-ray媒体20は、保護層の厚みが0.1mm〜0.075mmのBlu-ray規格に対応した光ディスク媒体である。Blu-ray媒体20は、当該Blu-ray媒体20を、所定の線速度(又は角速度)で回転させるディスクモータ(不図示)の先端のチャッキング機構により保持される。
LD駆動回路2は、例えば、光ピックアップ装置が駆動開始するとともに、制御電圧を青紫色半導体レーザー1に印加させる。そして、青紫色半導体レーザー1は、波長が400nm〜410nmのX方向レーザー光を、コリメータレンズ3に出射する。X方向レーザー光は、コリメータレンズ3にて平行光となり、液晶素子4に出射される。液晶駆動回路5は、例えば、光ピックアップ装置が駆動開始するとともに、透明電極14、15に交流電圧V1を印加させる。液晶分子層16の液晶分子の向きは、当該交流電圧V1に応じた方向に変化する。この結果、液晶分子層16の屈折率楕円体は、X方向レーザー光をその偏光方向を保持したまま透過する方向となる。よって、X方向レーザー光は、ガラス基板12、液晶分子層16、ガラス基板13を透過して、ミラー6に出射される。X方向レーザー光は、ミラー6にて反射され、偏光ホログラム素子8に出射される。偏光ホログラム素子8の複屈折材料17は、X方向レーザー光に対して、ガラス基板7、9の屈折率ngと同じ屈折率n1となる。この結果、X方向レーザー光はホログラムパターンにて回折されず、NA0.85の領域でガラス基板7、複屈折材料17、ガラス基板9を透過して、対物レンズ10に出射される(図4、X方向レーザー光参照)。そして、X方向レーザー光は、Blu-ray媒体20の情報面に対して収差が略ゼロとなるように、対物レンズ10にて集光される。この結果、Blu-ray媒体20の情報面に、集光されたX方向レーザー光が照射し、当該Blu-ray媒体20に対する記録/再生が良好に行われることとなる。
(2)HD DVD媒体21に対する光ピックアップ装置の動作
次に、図2乃至図9を参照しつつ、HD DVD媒体21に対する、本発明に係るレーザー集光装置19及び当該レーザー集光装置19を適用した光ピックアップ装置の動作について説明する。図5は、HD DVD媒体21に対する、図1に示す光ピックアップ装置の動作を説明するための全体構成図である。図6は、レーザー集光装置19及びHD DVD媒体21におけるY方向レーザー光の様子を模式的に示した図である。図7は、N
A0.65の領域以外のNA0.85の領域に設けられた拡散ホログラムパターンを示した図である。図8、図9は、ホログラムパターンのその他の断面形状を示す図である。
HD DVD媒体21は、保護層の厚みが0.6mmのHD DVD規格に対応した光ディスク媒体である。HD DVD媒体21は、Blu-ray媒体20と同様に、当該HD DVD媒体21を、所定の線速度(又は角速度)で回転させるためのディスクモータ(不図示)の先端のチャッキング機構により保持される。
LD駆動回路2は、前述したように、光ピックアップ装置が駆動開始するとともに、制御電圧を青紫色半導体レーザー1に印加させる。そして、青紫色半導体レーザー1は、波長が400nm〜410nmのX方向レーザー光を、コリメータレンズ3に出射する。X方向レーザー光は、コリメータレンズ3にて平行光となり、液晶素子4に出射される。液晶駆動回路5は、例えば、光ピックアップ装置が駆動開始するとともに、透明電極14、15に交流電圧V1を印加させる。液晶分子層16の液晶分子の向きは、当該交流電圧V1に応じた方向に変化する。この結果、液晶分子層16の屈折率楕円体は、X方向レーザー光をその偏光方向を保持したまま透過する方向となる。よって、X方向レーザー光は、ガラス基板12、液晶分子層16、ガラス基板13と透過して、ミラー6に出射される。そして、前述したように、X方向レーザー光が、偏光ホログラム素子8、対物レンズ10を介してHD DVD媒体21に出射されることとなる。
しかしながら、Blu-ray媒体20とHD DVD媒体21とは、保護層の厚みが異なるため、球面収差が発生することとなる。そして、この球面収差が発生したことを示す情報を、液晶駆動回路5が受信する。尚、球面収差が発生したことを示す情報は、例えば、球面収差が発生した状態でHD DVD媒体21の情報面を照射したX方向レーザー光が、光検出器等(不図示)で受光され、当該光検出器等が検出した情報(例えばFE信号等)を示すものである。そして、液晶駆動回路5は、当該情報を受信すると、透明電極14、15に交流電圧V2を印加させる。液晶分子層16の液晶分子の向きは、当該交流電圧V2に応じた方向に変化する。この結果、液晶分子層16による屈折率楕円体が、X方向レーザー光に対して1/2波長板として作用する方向に傾き、X方向レーザー光の偏光方向がX方向と直交するY方向に変換される。つまり、液晶素子4からY方向レーザー光が出射されることとなる。Y方向レーザー光は、ガラス基板13を介してミラー6に出射される。Y方向レーザー光は、ミラー6にて反射され、偏光ホログラム素子8に出射する。Y方向レーザー光は、NA0.85の領域でガラス基板7を透過する。偏光ホログラム素子8の複屈折材料17は、Y方向レーザー光に対して、ガラス基板7、9の屈折率ngとは異なる屈折率n2となる。このため、NA0.85の領域の内側のNA0.65の領域のY方向レーザー光は、複屈折材料17とガラス基板9の間のホログラムパターンにて、例えば0次光及び±1次光に回折され、対物レンズ10に出射される(図4、Y方向レーザー光参照)。そして、+1次光は、HD DVD媒体21の情報面に対して収差が略ゼロとなるように、対物レンズ10にて集光される。この結果、HD DVD媒体21の情報面に、集光された+1次光が照射し、当該HD DVD媒体21に対する記録/再生が良好に行われることとなる。
尚、NA0.65の領域以外のNA0.85の領域を透過したY方向レーザー光(以下、Y方向フレア光という)は、図6に示すようにHD DVD媒体21の情報面に集光されない。このため、HD DVD媒体21の情報面から光検出器までの往路光学倍率が所定の倍率より大きい場合、Y方向フレア光は光検出器のサイズに対して大きく広がり、殆どのY方向フレア光が光検出器に入射しないことになる。従って、HD DVD媒体21の記録/再生に対して、Y方向フレア光は影響(例えば、情報面からの信号のS/Nの低下や、当該信号から得られるサーボ信号の波形の変化)を及ぼさない。しかしながら、光学系の大きさの制約などにより復路光学倍率が所定の倍率よりも小さい場合、HD DV
D媒体21の記録/再生に対して、Y方向フレア光が影響を及ぼす可能性がある。そこで、NA0.65の領域以外のNA0.85の領域に、Y方向フレア光がHD DVD媒体21の情報面から所定距離以上離れた位置で集光するような拡散ホログラムパターンを設けることが可能である。この結果、Y方向レーザー光は、拡散ホログラムパターンにて例えば0次光と±1次光に回折されて所定距離以上離れた位置に集光し、Y方向フレア光の影響を軽減することが可能となる。
また、本実施形態におけるホログラムパターンは、図4に示すように断面形状が矩形となるパターンで設けられているが、これに限るものではない。例えば、図8に示すように、Y方向レーザー光の光軸方向において、略直線の傾斜を有する鋸歯形(以下、ブレーズ形という)としても良い。或いは、図9に示すように、Y方向レーザー光の光軸方向において、階段状の傾斜を有する鋸歯形(以下、階段状のブレーズ形という)としても良い。断面形状がブレーズ形又は階段状のブレーズ形のホログラムパターンは、Y方向レーザー光に対する+1次光の回折効率を、矩形の回折効率よりも大きいものとすることが可能となる。この結果、光強度の大きい+1次光をHD DVD媒体21の情報面に集光することが可能となり、HD DVD媒体21に対して、より高速の記録を行うことが可能となる。
上述した本実施形態によれば、Blu-ray媒体20の情報面に対して、NA0.85の領域を透過したX方向レーザー光を集光することが可能となり、また、HD DVD媒体21の情報面に対して、NA0.65を透過した+1次光を集光することが可能となる。この結果、使用する波長(400nm〜410nm)が同じであって、保護層の厚みが異なる光ディスク媒体(Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21)に対する記録/再生を、1つの対物レンズ10にて行うことが可能となる。
更に、NA0.65の領域を除くNA0.85の領域に入射するY方向レーザー光を、拡散ホログラムパターンにて0次光及び±1次光に回折することが可能となる。この結果、Y方向フレア光によるHD DVD媒体21に対する記録/再生への影響を軽減することが可能となる。
更に、ホログラムパターンの断面形状を、ブレーズ形又は階段状のブレーズ形とすることで、Y方向レーザー光に対するホログラムパターンの回折効率を大きくすることが可能となる。この結果、+1次光の光強度が大きくなり、HD DVD媒体21に対して、より高速の記録を行うことが可能となる。
また、X方向レーザー光を出射する青紫色半導体レーザー1と、液晶素子4と、同一波長(400nm〜410nm)のレーザー光が用いられ、保護層の厚みが異なる光ディスク媒体(Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21)に対して兼用可能なレーザー集光装置19と、を備えた光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
<<第2の実施形態>>
==レーザー集光装置を適用した光ピックアップ装置の全体構成例==
図3、図4、図10、図11、図13を参照しつつ、本発明に係るレーザー集光装置(レーザー集光体)22及び当該レーザー集光装置22を適用した光ピックアップ装置の全体構成について説明する。図10は、本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成の一例を示す機能ブロック図である。図11、図13は、図10に示す対物レンズ10及び無偏光ホログラム素子24の詳細図である。尚、図10において図1と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
光ピックアップ装置は、青紫色青紫色半導体レーザー23(半導体レーザー)、LD駆
動回路2、コリメータレンズ3、ミラー6、レーザー集光装置22を有する。また、レーザー集光装置22は、無偏光ホログラム素子24、対物レンズ10、レンズホルダー11を有する。尚、図10に示す光ピックアップ装置は、一般的な光ピックアップ装置が有するFE信号やTE信号、RF信号等を検出するための光学系(例えば、光検出器)や光学部品、さらにレーザー集光装置22をフォーカス方向やトラッキング方向に駆動するためのアクチュエータ等は省略している。
青紫色青紫色半導体レーザー23は、例えばp型半導体とn型半導体をpn接合したダイオードから構成されている。青紫色半導体レーザー23は、LD駆動回路2からの制御電圧が印加されることにより、HD DVD媒体(第2ディスク媒体)21(保護層の厚み(第2保護層の厚み)0.6mm)及びBlu-ray媒体(第1ディスク媒体)20(保護層の厚み(第1保護層の厚み)0.1mm〜0.075mm)に対応した波長が400nm〜410nmの青紫色レーザー光を、コリメータレンズ3に出射する。尚、この青紫色レーザー光は、第1の実施形態とは異なり、偏光方向が直線偏光に限られず、円偏光等のレーザー光であっても良い。
コリメータレンズ3は、青紫色半導体レーザー23からの青紫色レーザー光を、平行光としてミラー6に出射する。ミラー6は、青紫色レーザー光を反射して、無偏光ホログラム素子24に出射する。
無偏光ホログラム素子24は、例えばガラスやプラスチックから形成され、青紫色レーザー光の入射側(図10下方向)にホログラムパターンを有する。このホログラムパターンは、Blu-ray媒体20に対応した対物レンズ10のNA0.85(第1領域)の内側の領域である、NA0.65(第2領域)の領域に形成されている。尚、ホログラムパターンは、例えば、図10下方向からみたとき、図3に示すような同心円状となっている。また、図10紙面垂直方向からみたホログラムパターンを、青紫色レーザーの入射方向にて切断したときの断面形状は図4に示す矩形となっている。ホログラムパターンは、青紫色レーザー光を、例えば0次光及び±1次光に回折する。このホログラムパターンは、HD DVD媒体21の情報面に対する例えば+1次光の収差が略ゼロとなるように、そのパターンが最適化されている。つまり、ホログラムパターンは、当該ホログラムパターンが形成された無偏光ホログラム素子24と対物レンズ10の間隔等から一義的に定まるパターンとなっている。
レンズホルダー11は、開口制限部18を有し、レーザー集光装置22をBlu-ray媒体20に対応したNA0.85に制限している。尚、無偏光ホログラム素子24及び対物レンズ10は、一般的な手段である接着剤による接着、或いは、周知の技術である固着又は嵌め込み等の手段をもって、レンズホルダー11にて固定されている。
対物レンズ10は、NA0.85を有したBlu-ray媒体20に対応した対物レンズである。対物レンズ10は、無偏光ホログラム素子24のNA0.65の領域を透過した0次光、及びNA0.65の領域以外のNA0.85までの領域を透過したレーザー光(以下、透過レーザー光という)のBlu-ray媒体20の情報面に対する収差を略ゼロとなるように設計されている。このため、対物レンズ10は、0次光及び透過レーザー光を、Blu-ray媒体20の情報面に対する収差が略ゼロとなるように集光する。また、対物レンズ10は、前述したホログラムパターンからの+1次光を、HD DVD媒体21の情報面に対して収差が略ゼロとなるように集光する。
==レーザー集光装置を適用した光ピックアップ装置の動作==
(1)Blu-ray媒体20に対する光ピックアップ装置の動作
先ず、図10、図11、図14を参照しつつ、Blu-ray媒体20に対する、本発
明に係るレーザー集光装置22及び当該レーザー集光装置22を適用した光ピックアップ装置の動作について説明する。図14は、0次光及び透過レーザー光の光強度分布を示す図である。尚、図14紙面上下方向は、0次光及び透過レーザー光の光強度のレベルを示しており、上方向にいくにつれて光強度のレベルが大きいことを表している。
Blu-ray媒体20は、保護層の厚みが0.1mm〜0.075mmのBlu-ray規格に対応した光ディスク媒体である。Blu-ray媒体20は、当該Blu-ray媒体20を、所定の線速度(又は角速度)で回転させるディスクモータ(不図示)の先端のチャッキング機構により保持される。
LD駆動回路2は、例えば、光ピックアップ装置が駆動開始するとともに、制御電圧を青紫色半導体レーザー23に印加させる。そして、青紫色半導体レーザー23は、波長が400nm〜410nmの青紫色レーザー光を、コリメータレンズ3に出射する。青紫色レーザー光は、コリメータレンズ3にて平行光となり、ミラー6に出射される。青紫色レーザー光は、ミラー6にて反射され、無偏光ホログラム素子24に出射される。無偏光ホログラム素子24のNA0.65の領域に入射した青紫色レーザー光は、ホログラムパターンにて0次光と±1次光に回折され、対物レンズ10に出射される(図11、一点鎖線)。また、無偏光ホログラム素子24のNA0.65の領域以外のNA0.85の領域に入射した青紫色レーザー光は透過して、透過レーザー光となり、対物レンズ10に出射される(図11、破線)。0次光及び透過レーザー光は、Blu-ray媒体20の情報面に対して収差が略ゼロとなるように、対物レンズ10にて集光される。この結果、Blu-ray媒体20の情報面に、集光された0次光及び透過レーザー光が照射し、当該Blu-ray媒体20に対する記録/再生が良好に行われることとなる。
尚、青紫色レーザー光の光強度のレベルは、NA0.65の領域において±1次光の光強度のレベル分が減算され、図14に示すようなレベル(0次光の光強度のレベル)となる。そして、透過レーザー光の光強度のレベルを含めたNA0.85の領域においては、図14に示すように略フラットになる。そのため、透過レーザー光と0次光がBlu-ray媒体20の情報面に対して集光したときの光(以下、スポット光という)を、略フラットでないときのスポット光よりも小さくすることが可能となる。この結果、Blu-ray媒体20に対する記録/再生をより正確に行うことが可能となる。
(2)HD DVD媒体21に対する光ピックアップ装置の動作
次に、図6、図8、図9、図12、図13、図15を参照しつつ、HD DVD媒体21に対する、本発明に係るレーザー集光装置22及び当該レーザー集光装置22を適用した光ピックアップ装置の動作について説明する。図12は、HD DVD媒体21に対する、図10に示す光ピックアップ装置の動作を説明するための全体構成を示す図である。図15は、ホログラムパターンのその他の形態を示す図である。
HD DVD媒体21は、保護層の厚みが0.6mmのHD DVD規格に対応した光ディスク媒体である。HD DVD媒体21は、Blu-ray媒体20と同様に、当該HD DVD媒体21を、所定の線速度(又は角速度)で回転させるためのディスクモータ(不図示)の先端のチャッキング機構により保持される。
LD駆動回路2は、例えば、光ピックアップ装置が駆動開始するとともに、制御電圧を青紫色半導体レーザー23に印加させる。そして、青紫色半導体レーザー23は、波長が400nm〜410nmの青紫色レーザー光を、コリメータレンズ3に出射する。青紫色レーザー光は、コリメータレンズ3にて平行光となり、ミラー6に出射される。青紫色レーザー光は、ミラー6にて反射され、無偏光ホログラム素子24に出射される。無偏光ホログラム素子24のNA0.65の領域に入射した青紫色レーザー光は、ホログラムパタ
ーンにて回折されて0次光及び±1次光となり、+1次光が対物レンズ10に出射される(図13、二点鎖線)。+1次光は、HD DVD媒体21の情報面に対して収差が略ゼロとなるように、対物レンズ10にて集光される。この結果、HD DVD媒体21の情報面に、集光された+1次光が照射し、当該HD DVD媒体21に対する記録/再生が良好に行われることとなる。
尚、NA0.65の領域以外のNA0.85の領域を透過した青紫色レーザー光(以下、フレア光という)は、第1の実施形態の図6に示すように、HD DVD媒体21の情報面に集光されない。このため、HD DVD媒体21の情報面から光検出器までの往路光学倍率が所定の倍率より大きい場合、フレア光は光検出器のサイズより大きく広がり、殆どのフレア光が光検出器に入射しないことになる。従って、HD DVD媒体21の記録/再生に対して、フレア光は影響(例えば、情報面からの信号のS/Nの低下や、当該信号から得られるサーボ信号の波形の変化)を及ぼさない。しかしながら、光学系の大きさの制約などにより復路光学倍率が所定の倍率よりも小さい場合、HD DVD媒体21の記録/再生に対して、フレア光が影響を及ぼす可能性がある。そこで、NA0.65の領域以外のNA0.85の領域に、第1の実施形態と同じ機能を果たす拡散ホログラムパターンを設けることが可能である。この結果、青紫色レーザー光は、拡散ホログラムパターンにて例えば0次光と±1次光に回折されて所定距離以上離れた位置に集光し、フレア光の影響を軽減することが可能となる。
また、本実施形態において、無偏光ホログラム素子24は、青紫色レーザー光の入射側にホログラムパターンを有しているが、これに限るものではない。例えば、図15に示すように対物レンズ側10に設けても良い。対物レンズ10側にホログラムパターンを設けることによって、当該対物レンズ10、レンズホルダー11、無偏光ホログラム素子24からなる密閉された空間にホログラムパターンが設けられることとなり、埃や傷等によるホログラムパターンの損傷を防止することが可能となる。この結果、Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21に対する記録/再生をより確実に行うことが可能となる。
尚、本実施形態におけるホログラムパターンの断面形状は、矩形に限るものではない。光ピックアップ装置の用途(例えば、Blu-ray媒体20に対しては再生専用、HD
DVD媒体21に対しては記録/再生)によって、ホログラムパターンの断面形状を選択的に、図8に示すブレーズ形や図9に示す階段状のブレーズ形としても良い。以下、光ピックアップ装置の用途に対する、ホログラムパターンの断面形状の一例について説明する。
例えば、光ピックアップ装置を、Blu-ray媒体20に対して記録/再生用、HD
DVD媒体21に対して再生専用に用いるとする。この場合、ホログラムパターンの断面形状を、青紫色レーザー光(光強度100%)に対して、記録/再生が可能となる例えば80%の光強度の0次光と、再生のみが可能となる例えば10%の光強度の±1次光とに回折する矩形とする。尚、青紫色レーザー光の光軸方向における矩形の深さを深くするにつれて、±1次光の光強度は大きくなり、0次光の光強度は小さくなる。
この結果、Blu-ray媒体20の情報面には、80%の光強度の0次光と、NA0.65の領域以外のNA0.85の領域を透過した透過レーザー光(回折されていないため100%の光強度)とが照射され、記録/再生を行うことが可能となる。一方、HD DVD媒体21の情報面には、10%の光強度の+1次光が照射され、再生のみを行うことが可能となる。
また、例えば、光ピックアップ装置を、Blu-ray媒体20に対して再生専用、HD DVD媒体21に対して記録/再生用に用いるとする。この場合、ホログラムパターンの断面形状を、青紫色レーザー光(光強度100%)に対して、再生のみが可能となる
例えば20%の光強度の0次光と、記録/再生が可能となる例えば80%の光強度と+1次光と、0%の光強度の−1次光に回折するブレーズ形又は階段状のブレーズ形とする。尚、青紫色レーザー光の光軸方向におけるブレーズ形の深さ、階段状のブレーズ形の各深さ深くするにつれて、+1次光の光強度を大きくすることが可能である。
この結果、Blu-ray媒体20の情報面には、20%の光強度の0次光と、NA0.65の領域以外のNA0.85の領域を透過した透過レーザー光(回折されていないため100%の光強度)とが照射され、再生のみを行うことが可能となる。一方、HD DVD媒体21の情報面には、80%の光強度の+1次光が照射され、記録/再生を行うことが可能となる。
上述した本実施形態によれば、Blu-ray媒体21の情報面に対して、NA0.65の領域を除くNA0.85の領域を透過した透過レーザー光及びNA0.65の領域を透過した0次光を集光することが可能となり、また、HD DVD媒体21の情報面に対して、NA0.65の領域を透過した+1次光を集光することが可能となる。
この結果、使用する波長(400nm〜410nm)が同じであって、保護層の厚みが異なる光ディスク媒体(Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21)に対する記録/再生を、1つの対物レンズ10にて行うことが可能となる。
更に、NA0.65の領域を除くNA0.85の領域に入射する青紫色レーザー光を、拡散ホログラムパターンにて0次光及び±1次光に回折することが可能となる。
この結果、フレア光によるHD DVD媒体21に対する記録/再生への影響を軽減することが可能となる。
更に、無偏光ホログラム素子24、レンズホルダー11、対物レンズ10にて密閉した空間となる対物レンズ10側に、ホログラムパターンを設けることにより、埃や傷等によるホログラムパターンの損傷を防止することが可能となる。
この結果、Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21に対する記録/再生をより確実に行うことが可能となる。
また、青紫色レーザー光を出射する青紫色半導体レーザー23と、保護層の厚みが異なる光ディスク媒体(Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21)に対して兼用可能なレーザー集光装置22と、を備えた光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
<<第3の実施形態>>
==レーザー集光装置を適用した光ピックアップ装置の全体構成例==
図3、図4、図9、図16乃至図18を参照しつつ、本発明に係るレーザー集光装置29(レーザー集光体)及び当該レーザー集光装置29を適用した光ピックアップ装置の全体構成について説明する。図16は、本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成の一例を示す機能ブロック図である。図17は、図16に示す対物レンズ10、無偏光ホログラム素子33、偏光ホログラム素子30の詳細図である。図18は、図17に示す無偏光ホログラム素子33に形成されるホログラムパターンの詳細図である。尚、以下、DVD規格の光ディスク媒体をDVD媒体(第3ディスク媒体)34という。また、図16において図1と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
光ピックアップ装置は、青紫色半導体レーザー(第1半導体レーザー)1、LD駆動回路2、コリメータレンズ3、液晶素子(偏光方向切替素子)4、液晶駆動回路5、赤色半導体レーザー(第2半導体レーザー)32、LD駆動回路31、赤色用コリメータレンズ26、ダイクロックミラー27、ミラー28、レーザー集光装置29を有する。また、レーザー集光装置29は、偏光ホログラム素子30、無偏光ホログラム素子33、対物レン
ズ10、レンズホルダー11を有する。
半導体レーザー32は、例えばp型半導体とn型半導体をpn接合したダイオードから構成されている。半導体レーザー32は、LD駆動回路31からの制御電圧が印加されることにより、DVD媒体34(保護層の厚み(第3保護層の厚み)0.6mm)に対応した波長が650nm〜660nmの赤色レーザー光を、赤色用コリメータレンズ26に出射する。この赤色レーザー光は、pn接合面と平行なX方向(第1方向)の直線偏光(以下、X方向赤色レーザー光(第3レーザー光)という)であり、青紫色半導体レーザー1が出射するX方向レーザー光と偏光方向が同じである。尚、X方向は、半導体レーザー32を回転させることにより変更可能であり、任意の偏光方向を選択可能である。本実施形態においては、図16に示す矢印方向をX方向として、以下説明する。
赤色用コリメータレンズ26は、X方向赤色レーザー光を平行光として、ダイクロックミラー27に出射する。
ダイクロックミラー27は、赤色用コリメータレンズ26からのX方向赤色レーザー光を反射して、ミラー28に出射する。また、ダイクロックミラー27は、液晶素子4からのX方向レーザー光及びY方向レーザー光を透過して、ミラー28に出射する。
ミラー28は、X方向赤色レーザー光、X方向レーザー光(第1レーザー光)、Y方向レーザー光(第2レーザー光)を反射して、偏光ホログラム素子30に出射する。
偏光ホログラム素子30は、第1の実施形態において記載した、ガラス基板7及び複屈折性材料17から構成されている。また、複屈折性材料17と無偏光ホログラム素子33との間には、図3、図4に示すホログラムパターン(以下、偏光ホログラムパターンという)が形成されている。従って、偏光ホログラム素子30は、X方向レーザー光及びX方向赤色レーザー光を回折せずに透過し、Y方向レーザー光を回折して透過させる。
無偏光ホログラム素子33は、例えば、第1の実施形態にて記載したガラス基板9にて構成され、当該ガラス基板9の対物レンズ10側に、X方向赤色レーザー光を回折する波長選択性のホログラムパターン(以下、無偏光ホログラムパターンという)を有している。この無偏光ホログラムパターンは、DVD媒体34に対応したNA0.60〜0.65(第3領域)の領域に形成されている。尚、無偏光ホログラムパターンは、例えば、図16下方向からみたとき、図3に示すような同心円状となっている。また、図16紙面垂直方向からみたときのホログラムパターンを、X方向赤色レーザー光の入射方向にて切断したときの断面形状は、図9に示す階段状のブレーズ形となっている。無偏光ホログラムパターンは、X方向赤色レーザー光を、例えば0次光と±1次光(以下、+1次光を無偏光+1次光という)に回折する。また、無偏光ホログラムパターンは、X方向レーザー光と、Y方向レーザー光が偏光ホログラムパターンにて回折されたことによる+1次光(以下、偏光+1次光という)の光軸方向における深さd(図18)が、{当該X方向レーザー光及偏光+1次光の波長(400nm〜410nm)/(無偏光ホログラム素子33の屈折率―1)}の整数倍となっている。この結果、無偏光ホログラムパターンは、X方向レーザー光及び偏光+1次光を回折せずに透過させる。尚、深さdは、整数をm、波長(400nm〜410nm)をλ、無偏光ホログラム素子33のその波長での屈折率をnとしたとき、d=m{λ/(n−1)}から求められる。そして、無偏光ホログラムパターンは、X方向レーザー光及び偏光+1次光を透過し、DVD媒体34の情報面に対して、例えば無偏光+1次光の収差がゼロとなるように、そのパターンが最適化されている。つまり、無偏光ホログラムパターンは、当該無偏光ホログラムパターンが形成された無偏光ホログラム素子33と対物レンズ10の間隔等から一義的に定まるパターンとなっている。
尚、偏光ホログラム素子30及び無偏光ホログラム素子33は、図16、図17において一体となって設けられているが、これに限るものではない。偏光ホログラム素子30と
無偏光ホログラム素子33とをそれぞれ別体に設けても良い。この場合、偏光ホログラムパターンは、HD DVD媒体21(第2ディスク媒体)の情報面に対する偏光+1次光の収差を略ゼロとなるように、偏光ホログラム素子30と対物レンズ10との距離等に応じたパターンで設けられる。また、無偏光ホログラムパターンは、DVD媒体34の情報面に対する無偏光+1次光の収差を略ゼロとなるように、無偏光ホログラム素子33と対物レンズ10との距離等に応じたパターンで設けられる。
レンズホルダー11は、偏光ホログラム素子30、無偏光ホログラム素子33及び対物レンズ10を各ホログラム素子のパターンに応じた所定の間隔で保持する。また、レンズホルダー11は、開口制限部18を有し、レーザー集光装置29をBlu-ray媒体20に対応したNA0.85(第1領域)に制限している。尚、偏光ホログラム素子30、無偏光ホログラム素子33及び対物レンズ10は、一般的な手段である接着剤による接着、或いは、周知の技術である固着又は嵌め込み等の手段をもって、レンズホルダー11にて固定されている。
対物レンズ10は、NA0.85を有したBlu-ray媒体20に対応した対物レンズである。そして、対物レンズ10は、無偏光ホログラム素子33からのX方向レーザー光を、Blu-ray媒体20の情報面に対して収差が略ゼロとなるように集光する。また、対物レンズ10は、無偏光ホログラム素子33からの偏光+1次光を、HD DVD媒体21の情報面に対して収差が略ゼロとなるように集光する。また、対物レンズ10は、無偏光ホログラム素子33からの無偏光+1次光を、DVD媒体34の情報面に対して収差が略ゼロとなるように集光する。
==レーザー集光装置を適用した光ピックアップ装置の動作==
図6、図16乃至図19を参照しつつ、DVD媒体34に対する、本発明に係るレーザー集光装置29及び当該レーザー集光装置29を適用した光ピックアップ装置の動作について説明する。図19は、無偏光ホログラムパターンのその他の形態を示す図である。尚、Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21に対する光ピックアップ装置の動作は、第1の実施形態と同様のため、説明を省略する。
DVD媒体34は、保護層の厚みが0.6mmのDVD規格に対応した光ディスク媒体である。DVD媒体34は、Blu-ray媒体20、HD DVD媒体21と同様に、当該DVD媒体34を、所定の線速度(又は角速度)で回転させるためのディスクモータ(不図示)の先端のチャッキング機構により保持される。
LD駆動回路2は、光ピックアップ装置が駆動開始するとともに、制御電圧を青紫色半導体レーザー1に印加させる。そして、青紫色半導体レーザー1は、波長が400nm〜410nmのX方向レーザー光を、コリメータレンズ3に出射する。X方向レーザー光は、コリメータレンズ3にて平行光となり、液晶素子4に出射される。液晶駆動回路5は、例えば、光ピックアップ装置が駆動開始するとともに、透明電極14、15に交流電圧V1を印加させる。液晶分子層16の液晶分子の向きは、当該交流電圧V1に応じた方向に変化する。この結果、液晶分子層16の屈折率楕円体は、X方向レーザー光をその偏光方向を保持したまま透過する方向となる。よって、X方向レーザー光は、ガラス基板12、液晶分子層16、ガラス基板13と透過して、ダイクロックミラー27に出射される。X方向レーザー光は、ダイクロックミラー27を透過して、ミラー28に出射する。X方向レーザー光は、ミラー28にて反射され、偏光ホログラム素子30に出射する。そして、第1の実施形態にて記載したように、X方向レーザー光は、偏光ホログラム素子30を透過して、無偏光ホログラム素子33に出射される。そして、無偏光ホログラム素子33の無偏光ホログラムパターンの深さdが、{X方向レーザー光の波長400nm〜410nm/(無偏光ホログラム素子33の屈折率―1)}の整数倍であることから、当該X方向
レーザー光は、無偏光ホログラムパターンにて回折されずに透過し、対物レンズ10に出射される。X方向レーザー光は、対物レンズ10にて集光されて、DVD媒体34に出射されることとなる。
しかしながら、Blu-ray媒体20とDVD媒体34とは、保護層の厚みが異なるため、球面収差が発生することとなる。そして、この球面収差が発生したことを示す情報を、液晶駆動回路5が受信する。液晶駆動回路5は、当該情報を受信すると、透明電極14、15に交流電圧V2を印加させる。液晶分子層16の液晶分子の向きは、当該交流電圧V2に応じた方向に変化する。この結果、液晶分子層16による屈折率楕円体がX方向レーザー光に対して1/2波長板として作用する方向に傾き、X方向レーザー光の偏光方向がX方向と直交するY方向に変換される。つまり、液晶素子4からY方向レーザー光が出射されることとなる。Y方向レーザー光は、ダイクロックミラー27に出射される。Y方向レーザー光は、ダイクロックミラー27を透過して、ミラー8に出射する。そして、Y方向レーザー光は、ミラー28にて反射され、偏光ホログラム素子30に出射する。そして、第1の実施形態にて記載したように、Y方向レーザー光は偏光ホログラムパターンにて回折されて、偏光+1次光が無偏光ホログラムパターンに出射される。そして、無偏光ホログラム素子33の無偏光ホログラムパターンの深さdが、{偏光+1次光の波長400nm〜410nm/(無偏光ホログラム素子33の屈折率―1)}の整数倍であることから、当該偏光+1光は、無偏光ホログラムパターンにて回折されずに透過し、対物レンズ10に出射される。偏光+1次光は、対物レンズ10にて集光されて、DVD媒体34に出射されることとなる。
しかしながら、DVD媒体34は、波長が650nm〜660nmの赤色レーザー光に対応したものである。従って、波長が400nm〜410nmである偏光+1次光が照射されたことによる色収差等が発生することとなる。そして、この収差等が発生したことを示す情報を、LD駆動回路2及びLD駆動回路31が受信する。尚、収差等が発生したことを示す情報は、例えば、収差等が発生した状態でDVD媒体34の情報面を照射した偏光+1次光が、光検出器等(不図示)で受光され、当該光検出器等が検出した情報を示すものである。LD駆動回路2は、当該情報を受信すると、青紫色半導体レーザー1に対する制御電圧の印加を停止する。また、LD駆動回路31は、制御電圧を半導体レーザー32に印加させる。尚、上述した半導体レーザー32に制御電圧が印加されるまでの動作は一例であり、これに限るものではない。例えば、Blu-ray媒体20用モード、HD
DVD媒体21用モード、DVD媒体34用モード等を有するモード切替用スイッチを、光ピックアップ装置に設ける。そして、例えばエンドユーザが、当該モード切替用スイッチを所望のモードへ手動操作することによって、光ピックアップ装置の駆動開始とともに、半導体レーザー32にLD駆動回路31からの制御電圧が印加されるように設けても良い。
この結果、半導体レーザー32は、波長が650nm〜660nmのX方向赤色レーザー光を、赤色用コリメータレンズ26に出射する。X方向赤色レーザー光は、赤色用コリメータレンズ26にて平行光となり、ダイクロックミラー27に出射する。X方向赤色レーザー光は、ダイクロックミラー27にて反射され、ミラー28に出射する。そして、X方向赤色レーザー光は、ミラー28にて反射され、偏光ホログラム素子30に出射する。X方向赤色レーザー光は、NA0.85の領域でガラス基板7を透過する。偏光ホログラム素子30の複屈折材料17は、X方向赤色レーザー光に対して、ガラス基板7の屈折率ngと同じ屈折率n1となる。この結果、X方向赤色レーザー光は偏光ホログラムパターンにて回折されずに、NA0.85の領域でガラス基板7、複屈折材料17を透過して、無偏光ホログラム素子33に出射される。そして、無偏光ホログラム素子33の無偏光ホログラムパターンの深さdが、{X方向赤色レーザー光の波長650nm〜660nm/(無偏光ホログラム素子33の屈折率―1)}の整数倍とは異なることから、NA0.6
0〜0.65の領域のX方向赤色レーザー光は、無偏光ホログラムパターンにて0次光及び±1次光に回折され、対物レンズ10に出射される。そして、無偏光+1次光は、DVD媒体34の情報面に対して収差が略ゼロとなるように、対物レンズ10にて集光される。この結果、DVD媒体34の情報面に集光された無偏光+1次光が照射し、当該DVD媒体34に対する記録/再生が良好に行われることとなる。
尚、本実施形態においては、断面形状が階段状のブレーズ形の無偏光ホログラムパターンを用いているが、これに限るものではない。例えば、X方向レーザー光と偏光+1次光との光軸方向における深さdが、{当該X方向レーザー光及びY方向レーザー光の波長(400nm〜410nm)/(無偏光ホログラム素子33の屈折率―1)}の整数倍となる図19に示す矩形としても良い。本実施形態において階段状のブレーズ形を用いたのは、階段状のブレーズ形の断面形状を有する無偏光ホログラムパターンは、無偏光+1次光への回折効率が大きく、X方向レーザー光と偏光+1次光を確実に透過するためである。
また、NA0.65(第2領域)の領域以外のNA0.85の領域を透過したY方向フレア光は、第1の実施形態の図6に示すように、HD DVD媒体21の情報面に集光されない。このため、HD DVD媒体21の情報面から光検出器までの往路光学倍率が所定の倍率より大きい場合、Y方向フレア光は光検出器のサイズに対して大きく広がり、殆どのY方向フレア光が光検出器に入射しないことになる。従って、HD DVD媒体21の記録/再生に対して、Y方向フレア光は影響(例えば、情報面からの信号のS/Nの低下や、当該信号から得られるサーボ信号の波形の変化)を及ぼさない。しかしながら、光学系の大きさの制約などにより復路光学倍率が所定の倍率よりも小さい場合、HD DVD媒体21の記録/再生に対して、Y方向フレア光は影響を及ぼす可能性がある。そこで、NA0.65の領域以外のNA0.85の領域に、第1の実施形態と同じ機能を果たす拡散ホログラムパターンを設けることが可能である。この結果、Y方向レーザー光は、拡散ホログラムパターンにて例えば0次光と±1次光に回折されて所定距離以上離れた位置に集光し、Y方向フレア光の影響を軽減することが可能となる。
また、NA0.60〜0.65の領域以外のNA0.85の領域を透過したX方向赤色レーザー光(以下、X方向赤色フレア光という)は、DVD媒体34の情報面に集光されない。このため、DVD媒体34の情報面から光検出器までの往路光学倍率が所定の倍率より大きい場合、X方向赤色フレア光は光検出器のサイズに対して大きく広がり、殆どのX方向赤色フレア光が光検出器に入射しないことになる。従って、DVD媒体34の記録/再生に対して、X方向赤色フレア光は影響(例えば、情報面からの信号のS/Nの低下や、当該信号から得られるサーボ信号の波形の変化)を及ぼさない。しかしながら、光学系の大きさの制約などにより復路光学倍率が所定の倍率よりも小さい場合、DVD媒体34の記録/再生に対して、X方向赤色フレア光が影響を及ぼす可能性がある。そこで、無偏光ホログラム素子33における無偏光ホログラムパターンが設けられた面側のNA0.60〜0.65の領域(図17参照)以外の領域に、X方向赤色フレア光がDVD媒体34の情報面から所定距離以上離れた位置で集光するような拡散ホログラムパターンを設けることが可能である。この結果、X方向赤色レーザー光は、拡散ホログラムパターンにて例えば0次光と±1次光に回折されて所定距離以上離れた位置に集光し、X方向赤色フレア光の影響を軽減することが可能となる。
また、レーザー集光装置29は、X方向レーザー光等の入射方向に対して、偏光ホログラム素子30、無偏光ホログラム素子33と順に設けられているが、これに限るものではない。例えば、X方向レーザー光等の入射方向に対して、無偏光ホログラム素子33、偏光ホログラム素子30と順に設けても良い。この場合、偏光ホログラムパターンは、HD
DVD媒体21の情報面に対する偏光+1次光の収差を略ゼロとなるように、偏光ホログラム素子30と対物レンズ10との距離に応じたパターンで設けられる。また、無偏光
ホログラムパターンは、DVD媒体34の情報面に対する無偏光+1次光の収差を略ゼロとなるように、無偏光ホログラム素子33と対物レンズ10との距離に応じたパターンで設けられる。
上述した本実施形態によれば、Blu-ray媒体20の情報面に対して、NA0.85の領域を透過したX方向レーザー光を集光することが可能となり、HD DVD媒体21の情報面に対して、NA0.65の領域の偏光ホログラムパターンからの偏光+1次光を集光することが可能となり、DVD媒体34の情報面に対して、NA0.60〜0.65の領域の無偏光ホログラムパターンからの無偏光+1次光を集光することが可能となる。この結果、使用する波長(400nm〜410nm)が同じであって、保護層の厚みが異なる光ディスク媒体(Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21)、更に、使用するレーザー光の波長(650nm〜660nm)が異なる光ディスク媒体(DVD媒体34)に対する記録/再生を、1つの対物レンズ10にて行うことが可能となる。
更に、半導体レーザー32がX方向赤色レーザー光を出射することによって、当該X方向赤色レーザー光は、偏光ホログラム素子30を回折されずに透過することが可能となる。そして、無偏光ホログラムパターンの断面形状を、X方向レーザー光及び偏光+1次光の光軸方向における、深さdが{当該X方向レーザー光及び偏光+1次光の波長/(無偏光ホログラム素子33の屈折率―1)}の整数倍の矩形、各深さdが{当該X方向レーザー光及び偏光+1次光の波長の整数倍/(無偏光ホログラム素子33の屈折率―1)}の階段状のブレーズ形とすることが可能となる。この結果、無偏光ホログラムパターンは、X方向レーザー光及び偏光+1次光を回折せずに透過させ、X方向赤色レーザー光を確実に回折することが可能となる。
更に、NA0.65の領域を除くNA0.85の領域に入射するY方向レーザー光を、拡散ホログラムパターンにて0次光及び±1次光に回折することが可能となる。この結果、Y方向フレア光によるHD DVD媒体21に対する記録/再生への影響を軽減することが可能となる。
また、X方向レーザー光を出射する青紫色半導体レーザー1と、液晶素子4と、X方向赤色レーザー光を出射する半導体レーザー32と、同一波長(400nm〜410nm)のレーザー光が用いられ、保護層の厚みが異なる光ディスク媒体(Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21)、及び、異なる波長(650nm〜660nm)のレーザー光が用いられ、保護層の厚みが異なる光ディスク媒体(DVD媒体34)に対して兼用可能なレーザー集光装置29と、を備えた光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
<<第4の実施形態>>
===レーザー集光装置を適用した光ピックアップ装置の全体構成例==
図3、図9、図20、図21を参照しつつ、本発明に係るレーザー集光装置(レーザー集光体)35及び当該レーザー集光装置35を適用した光ピックアップ装置の全体構成について説明する。図20は、本発明に係る光ピックアップ装置の全体構成の一例を示す機能ブロック図である。図21は、図20に示す、対物レンズ10及び無偏光ホログラム素子36の詳細図である。尚、図20において図10、図16と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
光ピックアップ装置は、半導体レーザー(第1半導体レーザー)23、LD駆動回路2、コリメータレンズ3、赤色半導体レーザー(第2半導体レーザー)37、LD駆動回路31、赤色用コリメータレンズ38、ダイクロックミラー39、ミラー40、レーザー集光装置35を有する。また、レーザー集光装置35は、無偏光ホログラム素子(第1無偏
光ホログラム素子及び第2無偏光ホログラム素子)36、対物レンズ10、レンズホルダー11を有する。
半導体レーザー37は、例えばp型半導体とn型半導体をpn接合したダイオードから構成されている。半導体レーザー37は、LD駆動回路31からの制御電圧が印加されることにより、DVD媒体(第3ディスク媒体)34(保護層の厚み(第3保護層の厚み)0.6mm)に対応した波長が650nm〜660nmの赤色レーザー光(第2レーザー光)を、赤色用コリメータレンズ38に出射する。尚、この赤色レーザー光は、第3の実施形態とは異なり、偏光方向が直線偏光に限られず、円偏光等のレーザー光であっても良い。
赤色用コリメータレンズ38は、赤色レーザー光を平行光として、ダイクロックミラー39に出射する。ダイクロックミラー39は、赤色用コリメータレンズ38からの赤色レーザー光を反射して、ミラー40に出射する。また、ダイクロックミラー39は、コリメータレンズ3からの青紫色レーザー光(第1レーザー光)を透過して、ミラー40に出射する。ミラー40は、赤色レーザー光及び青紫色レーザー光を反射して、無偏光ホログラム素子36に出射する。
無偏光ホログラム素子36は、第2の実施形態にて記載した、青紫色レーザー光を回折するホログラムパターン(以下、第1無偏光ホログラムパターン(第1ホログラムパターン)という)を有する無偏光ホログラム素子24から構成され、この第1無偏光ホログラムパターンは、赤色レーザー光の光軸方向における深さが、{当該赤色レーザー光の波長(650nm〜660nm)/(無偏光ホログラム素子36の屈折率―1)}の整数倍となっている。この結果、第1無偏光ホログラムパターンは、赤色レーザー光を回折せずに透過させる。
更に、無偏光ホログラム素子36は、対物レンズ10側に赤色レーザー光を回折するホログラムパターン(以下、第2無偏光ホログラムパターン(第2ホログラムパターン)という)を有している。この第2ホログラムパターンは、DVD媒体34に対応したNA0.60〜0.65(第3領域)の領域に形成されている。尚、第2無偏光ホログラムパターンは、例えば、図20下方向からみたとき、図3に示すような同心円状となっている。また、図20紙面垂直方向からみたときの第2無偏光ホログラムパターンを、赤色レーザー光の入射方向にて切断したときの断面形状が、図9に示す階段状のブレーズ形となっている。第2無偏光ホログラムパターンは、赤色レーザー光を、例えば0次光と±1次光(以下、+1次光を第2+1次光(第2高次回折光)という)に回折する。また、第2無偏光ホログラムパターンは、青紫色レーザー光が第1無偏光ホログラムパターンにて回折されたことによる0次光及び+1次光(以下、第1+1次光(第1高次回折光)という)、透過レーザー光の光軸方向における深さが、{当該0次光、第1+1次光、透過レーザー光の波長(400nm〜410nm)の整数倍/(無偏光ホログラム素子36の屈折率―1)}となっている。この結果、第2無偏光ホログラムパターンは、0次光、第1+1次光、透過レーザー光を回折せずに透過させる。つまり、第2無偏光ホログラムパターンは、0次光、第1+1次光、透過レーザー光を透過し、DVD媒体34の情報面に対して、例えば第2+1次光の収差がゼロとなるように、パターンが最適化されている。つまり、第2無偏光ホログラムパターンは、当該第2ホログラムパターンが形成された無偏光ホログラム素子36と対物レンズ10の間隔等から一義的に定まるパターンとなっている。
尚、第1無偏光ホログラムパターンと第2無偏光ホログラムパターンは、無偏光ホログラム素子36において一体となって設けられているが、これに限るものではない。第1無偏光ホログラムパターンが形成された第1無偏光ホログラム素子(不図示)と、第2無偏光ホログラムパターンが形成された第2無偏光ホログラム素子(不図示)をそれぞれ設け
ても良い。その際、第1無偏光ホログラム素子と第2無偏光ホログラム素子を一体に設けても良いし、それぞれ別体に設けても良い。この場合、第1無偏光ホログラムパターンは、HD DVD媒体(第2ディスク媒体)21の情報面に対する第1+1次光の収差を略ゼロとなるように、第1無偏光ホログラム素子と対物レンズ10との距離に応じたパターンで設けられる。また、第2無偏光ホログラムパターンは、DVD媒体34の情報面に対する第2+1次光の収差を略ゼロとなるように、第2無偏光ホログラム素子と対物レンズ10との距離に応じたパターンで設けられる。
レンズホルダー11は、無偏光ホログラム素子36及び対物レンズ10を所定の間隔で保持する。また、レンズホルダー11は、開口制限部18を有し、レーザー集光装置35をBlu-ray媒体20に対応したNA0.85(第1領域)に制限している。尚、無偏光ホログラム素子36及び対物レンズ10は、一般的な手段である接着剤による接着、或いは、周知の技術である固着又は嵌め込み等の手段をもって、レンズホルダー11にて固定されている。
対物レンズ10は、NA0.85を有したBlu-ray媒体20に対応した対物レンズである。そして、対物レンズ10は、無偏光ホログラム素子36からの0次光及び透過レーザー光を、Blu-ray媒体20の情報面に対して収差が略ゼロとなるように集光
する。また、対物レンズ10は、無偏光ホログラム素子36からの第1+1次光を、HD
DVD媒体21の情報面に対して収差が略ゼロとなるように集光する。また、対物レンズ10は、無偏光ホログラム素子36からの第2+1次光を、DVD媒体34の情報面に対して収差が略ゼロとなるように集光する。
==レーザー集光装置を適用した光ピックアップ装置の動作==
図11、図13、図20、図21を参照しつつ、DVD媒体34に対する、本発明に係るレーザー集光装置35及び当該レーザー集光装置35を適用した光ピックアップ装置の動作について説明する。尚、Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21に対する光ピックアップ装置の動作は、第2の実施形態と同様のため、説明を省略する。
DVD媒体34は、保護層の厚みが0.6mmのDVD規格に対応した光ディスク媒体である。DVD媒体34は、Blu-ray媒体20、HD DVD媒体21と同様に、当該DVD媒体34を、所定の線速度(又は角速度)で回転させるためのディスクモータ(不図示)の先端のチャッキング機構により保持される。
LD駆動回路2は、光ピックアップ装置が駆動開始するとともに、制御電圧を青紫色半導体レーザー23に印加させる。そして、青紫色半導体レーザー23は、波長が400nm〜410nmの青紫色レーザー光を、コリメータレンズ3に出射する。青紫色レーザー光は、コリメータレンズ3にて平行光となり、ダイクロックミラー39に出射される。青紫色レーザー光は、ダイクロックミラー39を透過して、ミラー40に出射する。青紫色レーザー光は、ミラー40にて反射され、無偏光ホログラム素子36に出射する。そして、第2の実施形態において記載したように、無偏光ホログラム素子36のNA0.65(第2領域)の領域に入射した青紫色レーザー光は、第1無偏光ホログラムパターンにて0次光と±1次光に回折され、0次光は第2無偏光ホログラムパターンに出射される(図11一点鎖線参照)。また、無偏光ホログラム素子36のNA0.65の領域以外のNA0.85の領域に入射した青紫色レーザー光は透過して透過レーザー光となり、第2無偏光ホログラムパターンに出射される(図11、破線参照)。そして、第2無偏光ホログラムパターンの深さは、{青紫色レーザー光の波長400nm〜410nm/(無偏光ホログラム素子36の屈折率―1)}の整数倍であることから、0次光及び透過レーザー光は、第2無偏光ホログラムパターンにて回折されずに透過し、対物レンズ10に出射される。同様に、第1+1次光は、第2無偏光ホログラムパターンにて回折されずに透過し、対物
レンズ10に出射される。第0次光及び透過レーザー光は、対物レンズ10に集光されて、DVD媒体34に出射されることとなる。同様に、第1+1次光は、対物レンズ10に集光されて、DVD媒体34に出射されることとなる。
しかしながら、Blu-ray媒体20とDVD媒体34とは、保護層の厚みが異なるため、球面収差が発生することとなる。また、DVD媒体34は、波長が650nm〜660nmの赤色レーザー光に対応したものである。従って、波長が400nm〜410nmである第1+1次光が照射されたことによる色収差等が発生することとなる。そして、この球面収差等が発生したことを示す情報を、LD駆動回路2及びLD駆動回路31が受信する。尚、収差等が発生したことを示す情報は、例えば、収差等が発生した状態でDVD媒体34の情報面を照射した0次光及び透過レーザー光又は(及び)第1+1次光が、光検出器等(不図示)で受光され、当該光検出器等が検出した情報を示すものである。LD駆動回路2は、当該情報を受信すると、青紫色半導体レーザー23に対する制御電圧の印加を停止する。また、LD駆動回路31は、制御電圧を半導体レーザー37に印加させる。尚、上述した半導体レーザー37に制御電圧が印加されるまでの動作は一例であり、これに限るものではない。例えば、Blu-ray媒体20用モード、HD DVD媒体21用モード、DVD媒体34用モード等を有するモード切替用スイッチを、光ピックアップ装置に設ける。そして、例えばエンドユーザが、当該モード切替用スイッチを所望のモードへ手動操作することによって、光ピックアップ装置の駆動開始とともに、半導体レーザー37にLD駆動回路31からの制御電圧が印加されるように設けても良い。
この結果、半導体レーザー37は、波長が650nm〜660nmの赤色レーザー光を、赤色用コリメータレンズ38に出射する。赤色レーザー光は、赤色用コリメータレンズ38にて平行光となり、ダイクロックミラー39に出射する。赤色レーザー光は、ダイクロックミラー39にて反射され、ミラー40に出射する。そして、赤色レーザー光は、ミラー40にて反射され、無偏光ホログラム素子36に出射する。
そして、無偏光ホログラム素子36の第1無偏光ホログラムパターンの深さは、赤色レーザー光の波長650nm〜660nmの整数倍であることから、当該赤色レーザー光は、第1無偏光ホログラムパターンにて回折されずに透過し、第2無偏光ホログラムパターンに出射される。そして、第2無偏光ホログラムパターンの深さが、{赤色レーザー光の波長650nm〜660nm/(無偏光ホログラム素子36の屈折率―1)}の整数倍とは異なることから、NA0.60〜0.65の領域の赤色レーザー光は、当該第2無偏光ホログラムパターンにて0次光及び±1次光に回折され、対物レンズ10に出射される。そして、第2+1次光は、DVD媒体24の情報面に対して収差が略ゼロとなるように、対物レンズ10にて集光される。この結果、DVD媒体34の情報面に集光された第2+1次光が照射し、当該DVD媒体34に対する記録/再生が良好に行われることとなる。
尚、本実施形態においては、断面形状が階段状のブレーズ形の第2無偏光ホログラムパターンを用いているが、これに限るものではない。例えば、0次光及び透過レーザー光、第1+1次光の光軸方向における深さが、{当該0次光及び透過レーザー光、第1+1次光の波長(400nm〜410nm)/(無偏光ホログラム素子36の屈折率―1)}の整数倍となる矩形としても良い。本実施形態において階段状のブレーズ形を用いたのは、階段状のブレーズ形の断面形状を有する第2無偏光ホログラムパターンは、第2+1次光への回折効率が大きく、0次光及び透過レーザー光、第1+1次光を確実に透過するためである。同様に、第1無偏光ホログラムパターンを、矩形、階段状のブレーズ形の断面形状を有する無偏光ホログラムパターンとすることが可能である。
また、NA0.65の領域以外のNA0.85の領域を透過したフレア光は、第1の実施形態の図6に示すように、HD DVD媒体21の情報面に集光されない。このため、
HD DVD媒体21の情報面から光検出器までの往路光学倍率が所定の倍率より大きい場合、フレア光は光検出器のサイズに対して大きく広がり、殆どのフレア光が光検出器に入射しないことになる。従って、HD DVD媒体21の記録/再生に対して、フレア光は影響(例えば、情報面からの信号のS/Nの低下や、当該信号から得られるサーボ信号の波形の変化)を及ぼさない。しかしながら、光学系の大きさの制約などにより復路光学倍率が所定の倍率よりも小さい場合、HD DVD媒体21の記録/再生に対して、フレア光が影響を及ぼす可能性がある。そこで、NA0.65の領域以外のNA0.85の領域に、第1の実施形態と同じ機能を果たす拡散ホログラムパターンを設けることが可能である。この結果、青紫色レーザー光は、拡散ホログラムパターンにて例えば0次光と±1次光に回折されて所定距離以上離れた位置に集光し、フレア光の影響を軽減することが可能となる。
また、NA0.60〜0.65の領域以外のNA0.85の領域を透過した赤色レーザー光(以下、赤色フレア光という)は、DVD媒体34の情報面に集光されない。このため、DVD媒体34の情報面から光検出器までの往路光学倍率が所定の倍率より大きい場合、赤色フレア光は光検出器のサイズに対して大きく広がり、殆どの赤色フレア光が光検出器に入射しないことになる。従って、DVD媒体34の記録/再生に対して、赤色フレア光は影響(例えば、情報面からの信号のS/Nの低下や、当該信号から得られるサーボ信号の波形の変化)を及ぼさない。しかしながら、光学系の大きさの制約などにより復路光学倍率が所定の倍率よりも小さい場合、DVD媒体34の記録/再生に対して、赤色フレア光が影響を及ぼす可能性がある。そこで、無偏光ホログラム素子36における第2無偏光ホログラムパターンが設けられた面側のNA0.60〜0.65の領域(図21参照)以外の領域に、赤色フレア光がDVD媒体34の情報面から所定距離以上離れた位置で集光するような拡散ホログラムパターンを設けることが可能である。この結果、赤色レーザー光は、拡散ホログラムパターンにて例えば0次光と±1次光に回折されて所定距離以上離れた位置に集光し、赤色フレア光の影響を軽減することが可能となる。
また、無偏光ホログラム素子36は、青紫色レーザー光の入射方向に対して、第1無偏光ホログラムパターン、第2無偏光ホログラムパターンと順に設けられているが、これに限るものではない。例えば、青紫色レーザー光の入射方向に対して、第2無偏光ホログラムパターン、第1無偏光ホログラムパターンと順に設けても良い。この場合、第1無偏光ホログラムパターンは、HD DVD媒体21の情報面に対する第1+1次光の収差を略ゼロとなるように、当該第1無偏光ホログラムパターンと対物レンズ10との距離に応じたパターンで設けられる。また、第2無偏光ホログラムパターンは、DVD媒体34の情報面に対する第2+1次光の収差を略ゼロとなるように、当該第2無偏光ホログラムパターンと対物レンズ10との距離に応じたパターンで設けられる。
上述した本実施形態によれば、Blu-ray媒体20の情報面に対して、NA0.65の領域を除くNA0.85の領域を透過した透過レーザー光及び0次光を集光することが可能となり、HD DVD媒体21の情報面に対して、NA0.65の領域の第1無偏光ホログラムパターンからの第1+1次光を集光することが可能となり、DVD媒体34媒体の情報面に対して、NA0.60〜0.65の領域の第2無偏光ホログラムパターンからの第2+1次光を集光することが可能となる。この結果、使用する波長(400nm〜410nm)が同じであって、保護層の厚みが異なる光ディスク媒体(Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21)、更に、使用するレーザー光の波長(650nm〜660nm)が異なる光ディスク媒体(DVD媒体34)に対する記録/再生を、1つの対物レンズ10にて行うことが可能となる。
更に、第1無偏光ホログラムパターンの断面形状を、赤色レーザー光の光軸方向における、深さが{当該赤色レーザー光の波長/(無偏光ホログラム素子36の屈折率―1)}
の整数倍の矩形、各深さが{当該赤色レーザー光の波長/(無偏光ホログラム素子36の屈折率―1)}の整数倍の階段状のブレーズ形とすることが可能となる。この結果、第1無偏光ホログラムパターンは、赤色レーザー光を回折せずに透過し、青紫色レーザー光を確実に回折することが可能となる。更に、第2無偏光ホログラムパターンの断面形状を、0次光及び透過レーザー光、第1+1次光の光軸方向における、深さが{当該0次光及び透過レーザー光、第1+1次光の波長/(無偏光ホログラム素子36の屈折率―1)}の整数倍の矩形、各深さが{当該0次光及び透過レーザー光、第1+1次光の波長/(無偏光ホログラム素子36の屈折率―1)}の整数倍の階段状のブレーズ形とすることが可能となる。この結果、第2無偏光ホログラムパターンは、0次光及び透過レーザー光、第1+1次光を回折せずに透過させ、赤色レーザー光を確実に回折することが可能となる。
更に、NA0.65の領域を除くNA0.85の領域に入射する青紫色レーザー光を、拡散ホログラムパターンにて0次光及び±1次光に回折することが可能となる。この結果、フレア光によるHD DVD媒体21に対する記録/再生への影響を軽減することが可能となる。
また、青紫色レーザー光を出射する青紫色半導体レーザー23と、赤色レーザー光を出射する半導体レーザー37と、同一波長(400nm〜410nm)のレーザー光が用いられ、保護層の厚みが異なる光ディスク媒体(Blu-ray媒体20及びHD DVD媒体21)、及び、異なる波長(650nm〜660nm)のレーザー光が用いられ、保護層の厚みが異なる光ディスク媒体(DVD媒体34)に対して兼用可能なレーザー集光装置35と、を備えた光ピックアップ装置を提供することが可能となる。
尚、上述した第3、第4の実施形態においては、DVD媒体34に対するレーザー集光装置29(35)及び当該レーザー集光装置29(35)を適用した光ピックアップ装置について説明したが、DVD媒体34に限るものではない。例えば、CD規格に対応した光ディスク媒体(以下、CD媒体という)に対するレーザー集光装置29(35)、当該レーザー集光装置29(35)を適用した光ピックアップ装置としても良い。
この場合、半導体レーザー32(37)に代えて、CD媒体(保護層の厚み1.2mm)に対応した波長が780nm〜790nmの赤外レーザーを出射する半導体レーザーを用いる。また、無偏光ホログラム素子33(無偏光ホログラム素子36)のNA0.45〜0.50の領域に、CD媒体に対応したホログラムパターンを設ける。このホログラムパターンは、赤外レーザー光を例えば0次光及び±1次光に回折し、青紫色レーザー光を透過する。つまり、このホログラムパターンは、青紫色レーザー光を透過し、CD媒体の情報面に対して、例えば+1次光の収差がゼロとなるように、そのパターンが最適化されている。つまり、このホログラムパターンは、当該ホログラムパターンが形成された無偏光ホログラム素子33(36)と対物レンズ10の間隔等から一義的に定まるパターンとなっている。そして、第3、第4の実施形態と同様にレーザー集光装置29(35)及び光ピックアップ装置が動作することによって、CD媒体に対する良好な記録/再生を行うことが可能となる。
また、上述した実施形態によればレーザー集光装置及び当該レーザー集光装置を適用した光ピックアップ装置について説明したが、当該レーザー集光装置又は光ピックアップ装置を搭載した光ディスク記録再生装置においても、同様の動作及び効果を奏することが可能である。
以上、本発明に係るレーザー集光装置及び当該レーザー集光装置を適用した光ピックアップ装置について説明したが、上記の説明は、本発明の理解を容易と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。