WO2007058348A1 - 光ピックアップ、光ディスク装置、コンピュータ及び光ディスクレコーダ - Google Patents

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WO2007058348A1
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diffraction
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Sadao Mizuno
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD

Definitions

  • the present invention relates to an optical pickup for recording, reproducing, and erasing information on an optical information medium such as an optical disc, an optical disc apparatus using the optical pickup, a personal computer using the apparatus,
  • the present invention relates to a system such as an optical disk recorder for recording video and audio signals.
  • CDs compact discs
  • the numerical aperture of the objective lens is set to 0.45 force 0.5 and infrared light with a wavelength of 780 nm is used to form a protective layer thickness.
  • recording Z playback Recording or playback (hereinafter referred to as recording Z playback) on a 2 mm optical disk.
  • the protective layer refers to a transparent medium up to the surface force information recording surface where the light beam enters the optical disk.
  • the objective lens has a numerical aperture of 0.6 and is recorded on an optical disc with a protective layer thickness of 0.6 mm using red light with a wavelength of 655 nm. Playing.
  • the objective lens has a numerical aperture of 0.85 and blue light with a wavelength of 405 nm is used, and the protective layer thickness is 0.1 mm or 0.075 mm. Recording / playback is in progress.
  • the third generation optical disc has a short wavelength, a blue laser, and a large numerical aperture! /,
  • the optical system is used to achieve higher density than before, and future expansion is expected.
  • BD which is a high-density optical disc
  • inheritance of assets stored on DVDs and CDs is desired, and a small and inexpensive optical disc device capable of recording and reproducing on these optical discs is required.
  • optical pickups with three wavelengths that can record and reproduce optical disks with different protective layer thicknesses with a single objective lens have been developed.
  • spherical aberration due to the difference in protective layer thickness is corrected mainly by using a hologram or the like, and the aperture is regulated by using an optical filter or a diffraction element.
  • FIG. 17 shows conventional light 1 shows a schematic configuration of an example of a pickup.
  • a light beam 61 having a wavelength of 405 nm emitted from a blue laser 60 is condensed into a parallel light beam by a collimating lens 62, then transmitted through a polarizing beam splitter 63 and a dichroic prism 64, and reflected by a mirror 65.
  • the hologram unit 72 is configured by integrating a red laser 72a, an infrared laser 72b, a hologram 72c, and light receiving elements 72d and 72e.
  • the luminous flux 73 emitted from the red laser 72a is collected by the collimating lens 74, reflected by the dichroic prism 64 and the mirror 65, becomes circularly polarized by the 1Z4 wavelength plate 66, and the aperture is restricted by the wavelength selection aperture 67.
  • Convergent lens NA converges on optical disk 52 with a protective layer thickness of 0.6 mm with numerical aperture NA2.
  • the light reflected from the optical disk 52 passes through the objective lens 68, the wavelength selection aperture 67, and the 1Z4 wavelength plate 66, becomes linearly polarized light orthogonal to the forward path, reflects the dichroic prism 64, and is reflected by the collimating lens 74.
  • the light is converged, diffracted by the hologram 72c, and incident on the light receiving element 72d.
  • An information signal and a control signal are obtained from the output of the light receiving element 72d.
  • the luminous flux 75 emitted from the infrared laser 72b is collected by the collimating lens 74, reflected by the dichroic prism 64 and the mirror 65, and circularly polarized by the 1Z4 wavelength plate 66, and the wavelength selection aperture 67
  • the aperture is regulated by the objective lens 68 and converges on the optical disk 53 having a protective layer thickness of 1.2 mm by the numerical aperture NA3.
  • the light reflected from the optical disk 53 is transmitted through the objective lens 68, the wavelength selection aperture 67, and the 1Z4 wavelength plate 66 to become linearly polarized light orthogonal to the forward path, and is reflected by the dichroic prism 64 to be collimated lens 74.
  • And is diffracted by the hologram 72c and enters the light receiving element 72e.
  • An information signal and a control signal are obtained from the output of the light receiving element 72e.
  • a wavelength selective aperture 67 is shown in FIG.
  • the central portion 67a of the wavelength selection aperture 67 is an area corresponding to the numerical aperture NA3, and an optical multilayer film is formed so as to transmit light beams 61, 73, and 75.
  • the middle peripheral portion 67b is an area corresponding to the numerical aperture NA3 to NA2, and an optical multilayer film is formed so as to transmit the light flux 61 and the light flux 73 and reflect the light flux 75.
  • the outer peripheral portion 67c is an area larger than the numerical aperture NA2, and an optical multilayer film is formed so as to transmit the light beam 61 and reflect the light beam 73 and the light beam 75. Therefore, the light flux 75 converges on the optical disc 53 with the numerical aperture NA3, and the light flux 73 converges on the optical disc 52 with the numerical aperture NA2.
  • the central portion 67a needs to be formed with an optical multilayer film in order to match the phases of the light beams 61 and 73 transmitted therethrough with the phases of the light beams 61 and 73 transmitted through the middle peripheral portion 67b and the outer peripheral portion 67c. Yes (for example, Patent Document 1).
  • FIG. 19 shows a schematic configuration of an example of a conventional optical pickup.
  • a light beam 81 having a wavelength of 405 nm emitted from the blue laser 80 is condensed into a parallel light beam by a collimating lens 82, and then transmitted through a polarizing beam splitter 83, a beam expander 84, a polarizing beam splitter 85, and a diffractive optical element 86.
  • the object lens 87 converges on the optical disc 51 having a protective layer thickness of 0.1 mm with a numerical aperture NA1.
  • the light reflected from the optical disc 51 passes through the objective lens 87, the diffractive optical element 86, the polarization beam splitter 85, and the beam expander 84 again, is reflected by the polarization beam splitter 83, and is given astigmatism by the detection lens 88.
  • the light converges on the light receiving surface of the photodetector 89.
  • An information signal and a control signal are detected from the photodetector 89.
  • the light beam 91 having a wavelength of 655 nm emitted from the red laser 90 passes through the polarization beam splitters 92 and 93, is condensed into a parallel light beam by the collimator lens 94, and then reflected by the polarization beam splitter 85.
  • the beam diameter is regulated by the diffractive optical element 86, and the light is converged by the objective lens 87 on the optical disk 52 having a protective layer of 0.6 mm with a numerical aperture NA2.
  • the light reflected from the optical disk 52 passes through the objective light lens 87 and the diffractive optical element 86 again, is reflected by the polarization beam splitter 85, is converged by the collimating lens 94, is reflected by the polarization beam splitter 93, and is reflected by the detection lens 95. Astigmatism is given by and converges on the light receiving surface of the photodetector 96. An information signal and a control signal are detected from the photodetector 96.
  • a light beam 98 having a wavelength of 780 nm emitted from the infrared laser 97 is reflected by the polarization beam splitter 92, passes through the polarization beam splitter 93, and is condensed into a parallel light beam by the collimator lens 94.
  • the light beam is reflected by the polarizing beam splitter 85, the beam diameter is regulated by the diffractive optical element 86, and converged on the optical disk 53 having a protective layer of 1.2 mm by the objective lens 87 with a numerical aperture NA 3.
  • the light reflected from the optical disk 53 passes through the objective lens 87 and the diffractive optical element 86 again, is reflected by the polarization beam splitter 85, converges by the collimator lens 94, is reflected by the polarization beam splitter 93, and is reflected by the detection lens 95. Given point aberration, it converges on the light receiving surface of the photo detector 96.
  • Information signal and control signal are detected from photodetector 96
  • a diffractive optical element 86 is shown in FIGS. 20A and 20B.
  • the diffractive optical element 86 includes a region 861 having no diffractive structure in a range corresponding to NA3, a region 862 having a diffractive structure 86a in a range where the numerical aperture also corresponds to NA3 force, and a numerical aperture.
  • one step of the staircase structure is set so as to generate an optical path difference that is substantially an integral multiple of the wavelengths ⁇ 1 and 2, and the light beams 81 and 91 are transmitted without being diffracted, and the light beam 98 is diffracted. It becomes unnecessary light.
  • the diffractive structure 86b is set so that one step of the staircase structure generates an optical path difference that is approximately an integral multiple of the wavelength ⁇ 1, and the light beam 81 is transmitted without being diffracted, while the light beams 91 and 98 are diffracted and are unnecessary light. It becomes. Therefore, the luminous flux 98 converges on the optical disk 53 with a numerical aperture ⁇ 3, and the luminous flux 91 converges on the optical disc 52 with a numerical aperture ⁇ 2 (for example, Patent Document 2).
  • This optical multilayer film is formed by alternately laminating a high refractive index dielectric film using, for example, Ta205 having good transmittance with respect to blue light and Si02 as a low refractive index dielectric film. Can be configured.
  • the intermediate 67b and the outer periphery 67c are masked with a photoresist, and the metal film in the central 67a is removed by etching.
  • an optical multilayer film through which the light beam 61, the light beam 73, and the light beam 75 pass is deposited.
  • the metal film and the optical multilayer film in the middle peripheral portion 67b and the outer peripheral portion 67c are removed by lift-off, and the optical multilayer film in the inner peripheral portion 67a is completed.
  • the central portion 67a and the outer peripheral portion 67c are masked with a photoresist, and the metal film in the middle peripheral portion 67b is removed by etching, so that the luminous flux 61 and the luminous flux 73 are transmitted and the luminous flux 75 is transmitted.
  • a reflective optical multilayer film is deposited.
  • the metal film and the optical multilayer film in the central portion 67a and the outer peripheral portion 67c are removed by lift-off, and the optical multilayer film in the middle peripheral portion 67b is completed.
  • the optical multilayer film of the outer peripheral portion 67c through which the light beam 61 is transmitted and the light beam 73 and the light beam 75 are reflected is formed by the same process.
  • the wavelength selective aperture using an optical multilayer film repeats the steps of metal film deposition, masking, optical multilayer film deposition, and lift-off three times, which complicates the manufacturing process and produces There is a problem that the cost becomes high.
  • the diffractive optical element 86 limits the opening of DVDs and CDs.
  • the light beam 98 passing through the region 862 is diffracted by the diffraction structure 86a so as not to converge on the information recording surface of the optical disc 53, and the light beams 91 and 98 passing through the region 863 are diffracted so as not to converge on the information recording surface of the optical discs 52 and 53. Diffracted by structure 86b.
  • the force that can limit the aperture of the light beam that converges on the information recording surface of the optical disk is the same as the light beam that is reflected by the optical disk 53 through the region 861 when it is diffracted by the diffraction aperture element 86 again. It becomes an optical path and is received by the photodetector 96. This will be explained with reference to FIG.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view of the objective lens 87 and the diffractive optical element 86, and shows the propagation of light that converges on the optical disk 53.
  • the light beam 98 passing through the region 862 is diffracted by the diffractive structure 86a.
  • +1 next-fold light passes through the optical path as shown in the figure, reaches the optical disc 53, and is reflected by the information recording surface of the optical disc 53.
  • the first-order diffracted light reflected by the optical disk 53 is incident again on the diffraction structure 86a and diffracted.
  • the first-order diffracted light is generated by the diffraction of this + first-order diffracted light. Incident.
  • the first-order diffracted light generated by the diffractive structure 86a is reflected by the optical disc 53 and diffracted again to become + first-order diffracted light, it enters the photodetector 96 in the same manner. This is the difference between + 1st order diffracted light and-1st order diffracted light alone.
  • the next-order diffracted light and the ⁇ m-th order diffracted light have the same optical path as the light beam transmitted through the region 861 and enter the photodetector 96.
  • the diffractive structures 86a and 86b are stepped as shown in FIG. 20B, and the amount of light when the diffracted light is incident on the photodetector is reduced by generating specific diffracted light strongly.
  • the effect of this is that a certain force diffractive structure cannot be formed into a sawtooth shape, and diffracted light incident on the photodetector 96 cannot be avoided. Further, by making the diffractive structure stepped, the groove becomes deeper, and transmission loss and diffraction loss due to shape errors increase.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-255221 (Page 12-13, Fig. 10)
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-259332 (Pages 20-24, Figs. 1 and 2)
  • the present invention provides an aperture limiting means that solves the conventional problems as described above, and realizes compatible reproduction and compatible recording of different types of optical disks by using one objective lens, and is inexpensive.
  • An object of the present invention is to provide an optical pickup, an optical disc apparatus, a computer and an optical disc recorder capable of stably recording and reproducing information Z.
  • an optical pickup includes a first light source that emits light of wavelength ⁇ 1 and a second light source that emits light of wavelength ⁇ 2.
  • a light source, a third light source that emits light with a wavelength of ⁇ 3, and a first optical disk with a protective layer thickness of tl converge light of a wavelength of ⁇ 1 to form a second optical disk with a protective layer thickness of t2.
  • an objective lens that converges light of wavelength ⁇ 2 and converges light of wavelength ⁇ 3 for a third optical disk having a protective layer thickness t3, a photodetector that detects reflected light from the optical disk,
  • a diffractive aperture element that transmits or diffracts light emitted from the light source and reflected light from the optical disc, and the diffractive aperture element has an inner radius of 1 centered on the optical axis and an outer radial force of 2 (R2> R1
  • the annular first diffraction region and the annular second diffraction region having an inner radial force 2 centered on the optical axis.
  • the first diffraction region is configured to transmit light having a wavelength ⁇ 1 and light having a wavelength ⁇ 2 so that the diffraction direction of the light having a wavelength ⁇ 3 is asymmetric with respect to the optical axis
  • the second diffraction region transmits light of wavelength ⁇ 1, and the diffraction direction of light of wavelength ⁇ 2 is unpaired with respect to the optical axis. It is comprised so that it may become.
  • the present invention uses an optical multilayer film as a means for restricting the opening of light of each wavelength according to each optical disc in an optical pickup for recording and reproducing BD, DVD, and CD with a single objective lens.
  • the diffractive aperture element provides a sufficient aperture limiting action.
  • the diffractive aperture element can be manufactured in large quantities and inexpensively by injection, and a compatible head for recording and reproducing a plurality of optical disks can be provided at a low cost. As a result, it can contribute to the spread of future high-density optical discs.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an optical pickup and a state of light propagation in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an objective lens according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the diffractive aperture element according to the first embodiment of the present invention, and is an enlarged view up to one end of the optical axis force.
  • FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a difference in optical path length and 0th-order light in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state of propagation of light diffracted in the first diffraction region of the diffraction aperture element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a first schematic diagram showing a diffraction grating pattern of a diffraction aperture element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state of propagation of light diffracted in the second diffraction region of the diffraction aperture element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8 is a second schematic diagram showing a diffraction grating pattern of the diffraction aperture element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a third schematic diagram showing a diffraction grating pattern of the diffraction aperture element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 10 is a fourth schematic diagram showing the diffraction grating pattern of the diffraction aperture element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the diffraction aperture element according to Embodiment 2 of the present invention, and is an enlarged view up to one end of the optical axial force.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a diffraction grating pattern in the first diffraction region of the diffraction aperture element according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a diffraction grating pattern in a second diffraction region of the diffraction aperture element according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of an optical disc device in a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic perspective view of a computer according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic perspective view of an optical disk recorder according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a conventional optical pickup.
  • FIG. 18 is a plan view of a wavelength selection aperture of a conventional optical pickup.
  • FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of another example of a conventional optical pickup.
  • FIG. 20A is a sectional view of a diffractive optical element of a conventional optical pickup
  • FIG. 20B is a diagram.
  • FIG. 20 is an enlarged view of a part of the diffractive optical element shown in 20A.
  • FIG. 21 is a diagram showing a state of propagation of light diffracted by a diffractive optical element of a conventional optical pickup.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical pickup according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the optical pickup includes a blue laser 1, a red laser 2, an infrared laser 3, diffraction gratings 7, 8, 9, dichroic prisms 10, 11, beam splitter 12, collimating lens 13, wave plate 14, A mirror 15, an objective lens 16, a diffraction aperture element 17, a lens barrel 18, a detection lens 19, and a photodetector 20 are provided.
  • the blue laser 1 emits light having a wavelength ⁇ 1 (approximately 405 nm).
  • the red laser 2 emits light having a wavelength ⁇ 2 (approximately 655 nm).
  • the infrared laser 3 emits light having a wavelength ⁇ 3 (approximately 780 nm).
  • the optical disc 51 is an optical disc having a protective layer thickness tl of about 0.075 mm or about 0.1 mm, and is an optical information medium that is recorded and reproduced by a light flux having a wavelength ⁇ 1, for example, an optical disc for BD.
  • the optical disk 52 is an optical disk having a protective layer thickness t2 of about 0.6 mm, and is an optical information medium that is recorded and reproduced by a light beam having a wavelength of 2, for example, an optical disk for DVD.
  • optical disk Reference numeral 53 denotes an optical disc having a protective layer thickness t3 of about 1.2 mm, which is an optical information medium recorded / reproduced by a light beam having a wavelength of 3, for example, an optical disc for CD.
  • the optical disc 51 is indicated by a solid line
  • the optical disc 52 is indicated by a dotted line
  • the optical disc 53 is indicated by a one-dot chain line
  • the surface force on which the light beam is incident also indicates only the protective layer up to the information recording surface.
  • the optical disks 51, 52, and 53 are bonded to each other in order to ensure the mechanical strength and to make the outer shape the same as CD, 1.2 mm.
  • the optical disk 52 has a thickness of 0.6 mm
  • the optical disk 51 has a thickness of 1.1 mm.
  • the base is omitted.
  • the objective lens 16 converges the light onto the optical discs 51, 52, and 53.
  • the object lens 16 has a hologram 16a formed on the lens surface. Using the wavelength dependence of the diffracted light generated by the hologram 16a, spherical aberration due to the difference in the protective layer thickness of the optical disks 51, 52 and 53 is corrected. The operation of the optical pickup configured as described above will be described.
  • the light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 emitted from the blue laser 1 is divided into a main light beam and two sub-light beams by the diffraction grating 7, and the dichroic prisms 10 and 11 are connected.
  • the light passes through and enters the beam splitter 12.
  • Dichroic prism 10 is configured to transmit light of wavelength ⁇ 1 and reflect light of wavelength ⁇ 2
  • dichroic prism 11 transmits light of wavelength ⁇ 1 and wavelength 2 and transmits light of wavelength 3. It is configured to reflect.
  • the beam splitter 12 reflects the linearly polarized light in the horizontal direction (hereinafter referred to as S-polarized light) on the incident surface, and linearly polarized in the direction orthogonal to the light having the wavelengths ⁇ 1 and 2.
  • Optical path branching that has polarization separation characteristics to transmit light (hereinafter referred to as “polarized light”), reflects a part of S-polarized light and transmits part of S-polarized light to wavelength ⁇ 3 It is an element.
  • the light beam 4 emitted from the blue laser 1 is set to be incident on the beam splitter 12 as S-polarized light, is reflected by the beam splitter 12, is collected by the collimator lens 13, and is converted from linearly polarized light by the wave plate 14.
  • the collimating lens 13 is configured to be movable in the direction of the arrow X.
  • the collimating lens 13 is moved in a direction away from the light emission point force, and the protective layer thickness tl is 0.
  • the collimating lens 13 is moved in the direction closer to the light emitting point, and is set to a position where the spherical aberration is reduced, so that it corresponds to the two-layer optical disc 51.
  • Wave plate 14 is for light with wavelength 1 and ⁇ 2 It is designed to act as a 1Z4 wavelength plate and not as a wavelength plate for light with a wavelength of 3.
  • the light beam 4 is reflected by the mirror 15, passes through the diffractive aperture element 17, is aperture-limited by the aperture 18 a provided in the lens barrel 18 so as to have a numerical aperture NA1, and enters the objective lens 16.
  • the light beam 4 is diffracted by the hologram 16a formed on the lens surface of the objective lens 16, is refracted by the objective lens 16, passes through the protective layer thickness tl, and has a numerical aperture NA1 on the information recording surface of the optical disk 51. To converge.
  • the light beam 4 reflected by the information recording surface of the optical disk 51 becomes circularly polarized light in the opposite direction to the forward path, and travels back along the original optical path, passes through the objective lens 16 and the diffractive aperture element 17, and is converted to P-polarized light by the wave plate 14.
  • the light is converted, converged by the collimating lens 13, and transmitted through the beam splitter 12.
  • the converged light beam 4 is given astigmatism by the detection lens 19, enters the photodetector 20, and is photoelectrically converted by the light receiving element 20a.
  • the detection lens 19 is configured by a cylindrical lens having a lens action in a direction inclined by 45 ° with respect to the incident surface of the beam splitter 12.
  • a focus signal can be obtained by the astigmatism method, and the differential push-pull method (hereinafter referred to as the ⁇ differential push-pull '' method) DPP) and a tracking signal can be obtained.
  • An information signal can be obtained from the output of the photodetector 20.
  • the light beam 5 having the wavelength ⁇ 2 emitted from the red laser 2 is divided into a main light beam and two sub light beams by the diffraction grating 8, and reflected by the dichroic prism 10, The light passes through the dichroic prism 11 and enters the beam splitter 12.
  • the light beam 5 emitted from the red laser 2 is set so as to be incident on the beam splitter 12 as S-polarized light, reflected from the beam splitter 12 and condensed by the collimating lens 13, and from the linearly polarized light to the circularly polarized light by the wavelength plate 14.
  • the light beam 5 is reflected by the mirror 15, is aperture-limited by the diffraction aperture element 17, and enters the objective lens 16.
  • the light beam 5 is diffracted by the hologram 16a formed on the surface of the objective lens 16, receives the refractive action of the objective lens 16, and converges on the information recording surface of the optical disc 52 with the numerical aperture NA2 through the protective layer thickness t2.
  • the light beam 5 reflected by the information recording surface of the optical disc 52 becomes circularly polarized light in the opposite direction to the forward path, and travels back through the original optical path, passes through the objective lens 16 and the diffractive aperture element 17, and is reflected by the wave plate 14.
  • the converged light beam 5 is given astigmatism by the detection lens 19, enters the light detector 20, and is photoelectrically converted by the light receiving element 20a.
  • the focus signal, tracking signal and information signal are obtained in the same manner as described above.
  • the light beam 6 having a wavelength ⁇ 3 emitted from the infrared laser 3 is divided into a main light beam and two sub-light beams by the diffraction grating 9, and the dichroic prism 11 Is reflected and enters the beam splitter 12.
  • the light beam 6 emitted from the infrared laser 3 is set so as to be incident on the beam splitter 12 as S-polarized light, and a part of the S-polarized light is reflected here and collected by the collimating lens 13. Further, the light beam 6 passes through the wave plate 14, is reflected by the mirror 15, is restricted by the diffraction aperture element 17, and enters the objective lens 16.
  • the light beam 6 is diffracted by the hologram 16a, is refracted by the objective lens 16, and converges on the information recording surface of the optical disk 53 with the numerical aperture NA3 through the protective layer thickness t3.
  • the light beam 6 reflected by the information recording surface of the optical disk 53 is traced back through the original optical path, passes through the objective lens 16 and the diffraction aperture element 17, passes through the wave plate 14, and is converged by the collimating lens 13. Then, it enters the beam splitter 12 with S-polarized light. A part of the S-polarized light passes through the light beam 6, is given astigmatism by the detection lens 19, enters the photodetector 20, and is photoelectrically converted by the light receiving element 20 a.
  • the focus signal, tracking signal and information signal are obtained in the same manner as described above.
  • Some optical disks for CDs have large birefringence, and if the optical path is split by polarization separation as in the case of the light beams 4 and 5, light may not propagate to the photodetector 20. For this reason, it is desirable that the light beam 6 be branched so that it reflects a certain amount of light and transmits a certain amount of light regardless of the polarization direction.
  • the lens barrel 18 holding the objective lens 16 is made to follow the surface vibration of the optical discs 51, 52, 53 by the focus signal, and the tracks formed on the optical discs 51, 52, 53 are made to follow by the tracking signal. It is configured to do so.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the objective lens 16, and shows the propagation of light that converges on the optical discs 51, 52, 53.
  • the hologram 16a is a sawtooth diffraction grating formed concentrically on the surface of the objective lens 16, and is designed to generate the first-order diffracted light most strongly with respect to the light beams 4, 5, and 6. Using the wavelength dependence of this + first-order diffracted light, spherical aberration caused by the difference in the protective layer thickness of the optical discs 51, 52, and 53 is corrected.
  • the first-order diffraction of the luminous flux 4 The light is refracted by the objective lens 16 and forms a good light spot on the information recording surface of the optical disc 51 through the protective layer thickness tl.
  • the first-order diffracted light of the light beam 5 causes the objective lens 16 to bend.
  • a good optical spot is formed on the information recording surface of the optical disc 52 through the protective layer thickness t2, and the + first-order diffracted light of the light beam 6 is refracted by the objective lens 16, and passes through the protective layer thickness t3.
  • a good light spot is formed on the information recording surface.
  • This spherical aberration can be corrected using diffracted light other than the + 1st order diffracted light of the hologram. For example, it is possible to use + 3rd order diffracted light for the light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 and + 2nd order diffracted light for the light beams 5 and 6.
  • FIG. 3 is a cross section of the diffraction aperture element 17 and shows an enlarged view from the optical axis to one end.
  • the light of wavelength ⁇ 3 passing through the radius R1 converges to the optical disc 53 with a numerical aperture ⁇ 3
  • the light of wavelength 2 passing through the radius R2 is optical disc with the numerical aperture ⁇ 2. Converge to 52.
  • the inside of the radius R1 is a planar region 17a without a diffraction grating
  • the range of the radii R1 to R2 is the first diffraction region 17b
  • the outside of the radius R2 is the second diffraction region 17c.
  • the first diffractive region 17b is an annular region having an inner radius Rl centered on the optical axis and an outer radius R2
  • the second diffractive region 17c is an annular region centered on the optical axis and having an inner radius R2. It is.
  • the diffraction gratings of the first and second diffraction regions 17b and 17c have rectangular shapes with depths of hl and h2, respectively.
  • the diffracted light is + 1st order and + 2nd order from the smaller diffraction angle. , + 3rd order diffracted light is generated, and 1st, 2nd, 3rd order diffracted light is generated symmetrically on the opposite side.
  • the difference in optical path length is the difference in optical path length caused by the presence or absence of a step in the diffraction grating when the light beam passes through the diffraction region
  • the refractive index with respect to the wavelength is n
  • this optical path length difference L is It is expressed as the product of the grating depth h and the refractive index difference (n – 1) between the medium and air.
  • FIG. 4 shows the relationship between the optical path length difference L and the 0th-order light (light that is transmitted without being subjected to diffraction).
  • the horizontal axis is the optical path length difference L in units of wavelength, from 0 wavelength to 1 wave. The long range is shown, and the vertical axis shows the ratio of the 0th-order light when calculated with a scalar.
  • the 0th order light of 100% means that all the light flux is transmitted without being diffracted, and 0% means that all the light flux is diffracted.
  • the ratio of 0th order light is equivalent to 0 wavelength when the wavefront is shifted by 1 wavelength, the ratio of 0th order light above 1 wavelength repeats the characteristics from 0 to 1 wavelength.
  • the ratio of the 0th-order light to the optical path length difference L of 1 wavelength the ratio of the 0th-order light to all the optical path length differences L can be obtained. From this, if the difference L in the optical path length generated when the light beam passes through the first diffraction region 17b is an integer multiple of the wavelength ⁇ 1 and 2 and the integral multiple of the wavelength ⁇ 3 + half wavelength, The light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 and the light beam 5 having the wavelength ⁇ 2 can be transmitted and the light beam 6 having the wavelength ⁇ 3 can be diffracted, and the light beam 6 can be set to a numerical aperture ⁇ 3.
  • the material of the diffractive aperture element 12 is borosilicate crown glass ( ⁇ 7), and the grating depth hi of the first diffraction region 17b is 3.82 m, BK7 at a wavelength of 05 nm Refractive index n is a force of 1.5302, and from equation (1), k is 5.00, and the optical path length difference L generated in the luminous flux 4 is 5 wavelengths. Therefore, the proportion of the 0th-order light is equivalent to the 0 wavelength, and the light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 transmits nearly 100%.
  • the refractive index ⁇ of ⁇ 7 is 1.5144
  • k is 3.00 from equation (1)
  • the optical path length difference L generated in the luminous flux 5 is 3 wavelengths.
  • the ratio of the 0th-order light is equivalent to the 0 wavelength
  • the light flux 5 having the wavelength ⁇ 2 is transmitted almost 100%.
  • the wavelength ⁇ is 780 nm
  • the refractive index ⁇ of ⁇ 7 is 1.5112.
  • k is 2.50
  • the difference in the optical path length generated in the light flux 5 is 2.5 wavelengths.
  • the ratio of the 0th order light is equivalent to the 0.5 wavelength
  • the luminous flux 6 with the wavelength ⁇ 3 is diffracted nearly 100% and the 0th order light is not transmitted, and the aperture can be regulated.
  • the difference L in the optical path length that occurs when the light beam passes through the second diffraction region 17c is an integral multiple of the wavelength ⁇ 1 and an integral multiple of the wavelength 2 to 3 + a half wavelength
  • the wavelength The light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 can be transmitted, and the light beam 5 having the wavelength ⁇ 2 and the light beam 6 having the wavelength ⁇ 3 can be diffracted.
  • the numerical aperture can be set to ⁇ 2, and by diffracting the light beam 6, the aperture can be limited in this region.
  • the diffraction grating depth h2 of the second diffraction region 17c is 0.70 m
  • k is 0.92 from the equation (1) when the wavelength power is S405 nm
  • the difference L is 0.92 wavelength. Therefore, approximately 95% of the light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 is transmitted.
  • the wavelength is 655 nm
  • k is 0.55 from equation (1). Since the optical path length difference L generated in the light beam 5 is 0.55 wavelength, the light beam 5 having a wavelength of 2 is diffracted by approximately 97.5%, and the numerical aperture can be set to NA2.
  • the wavelength is 780 nm
  • k is 0.46 from Eq.
  • the luminous flux 6 with a wavelength ⁇ 3 of 780 nm is approximately 98. % Diffracted and the aperture can be limited similarly to the wavelength ⁇ 2.
  • the light beams 5 and 6 of wavelength 2 and ⁇ 3 cannot be diffracted 100% at the same time, and 2 to 3% are transmitted as 0th order light. Note that the 0th-order light transmitted through the first and second diffraction regions 17b and 17c may be approximately ⁇ 10% or less.
  • ⁇ 0% of the 0th order light is reflected by the optical discs 51, 52, and 53, and when it passes through the first and second diffraction regions 17b and 17c again, becomes ⁇ 1%, and enters the photodetector 20. Is also an acceptable range. From Fig. 3, the difference in optical path length where the 0th order light passing through the diffraction region is ⁇ 10% is (k ⁇ 0.1) ⁇ .
  • the depth of the diffraction grating in the second diffraction region 17c is set so that only the light beam 5 is diffracted by nearly 100%, and the resulting zero-order light of the light beam 6 may be aperture-limited due to spherical aberration.
  • the numerical aperture of the luminous flux 6 having the wavelength ⁇ 3 is increased, it becomes difficult to correct spherical aberration by the holodam 16a formed on the surface of the objective lens 16, and the luminous flux 6 passing through the area of numerical aperture NA2 or higher is It does not converge at the same position as the luminous flux 6 transmitted through NA3. Further, the reflected light from the optical disk 53 also diffuses without returning to the same optical path as the light beam 6 passing through the planar region 17a due to spherical aberration.
  • the aperture limitation due to the spherical aberration of the light beam 6 is positively utilized, and in the second diffraction region 17c, the optical path length difference L is set to an integral multiple of the wavelength ⁇ 1 and an integral multiple of the wavelength ⁇ 2 + As a half wavelength, the light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 is transmitted, and the light beam 5 having the wavelength ⁇ 2 is diffracted to set the light beam 5 to an aperture number ⁇ 2, and the light beam 6 can be subjected to aperture restriction by spherical aberration. .
  • the grating depth h2 of the second diffractive region 17c is 3.12 ⁇ m
  • k is 4.08 according to Eq.
  • the diffraction of the second diffraction region 17c When the grating depth h2 is 4, the difference in the optical path length generated in the luminous flux 4 is 5.91 wavelengths, and approximately 95% is transmitted, and the optical path length generated in the luminous flux 5 when the wavelength ⁇ is 655 nm. The difference is 3.55 wavelength, and the luminous flux 5 is diffracted by approximately 97.5%, and can be set to the numerical aperture NA2.
  • BK7 is described as an example of the material of the diffraction aperture element 17, but the material is not limited. For mass production at low cost, a method of molding using a resin material is suitable.
  • the diffraction aperture element 17 can be mass-produced by an injection mold (injection molding) in which a resin material is heated and melted, pressurized and injected into a mold, and solidified for molding. Significant cost reduction is realized.
  • Such aperture limitation by the diffraction aperture element 17 is achieved by forming the diffraction grating symmetrically with respect to the optical axis as in the conventional example, even if the forward light beam can be aperture limited, the optical disks 51, 52, 53 The reflected light from the light enters the photodetector 20 through the same optical path as the light beam 6 passing through the planar region 17a.
  • the first diffraction region 17b diffracts the light flux 6 having the wavelength 3 asymmetrically with respect to the optical axis
  • the second diffraction region 17c has the wavelengths 2 and ⁇ 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the diffractive aperture element 17 and the objective lens 16, and shows the propagation of the light beam 6 that converges on the optical disk 53.
  • FIG. 6 is a front view of the diffractive aperture element 17 and schematically shows a diffraction grating pattern.
  • FIG. 7 is a sectional view of the diffractive aperture element 17 and the objective lens 16, and shows the propagation of the light beam 5 that converges on the optical disk 52.
  • the first diffraction region 17b is divided into two regions 17bl and 17b2, the directions of the diffraction gratings are orthogonal to each other, and the second diffraction region 17c is also divided into two regions 17cl and 17c2.
  • the directions of the diffraction gratings are orthogonal to each other. For this reason, the light beam 6 incident on the region 17bl is diffracted in the A direction when viewed from the front of the diffraction aperture element 17 to become a plurality of orders of diffracted light, and the light beam 6 incident on the region 17b2 is diffracted in the B direction. Thus, it becomes diffracted light of multiple orders.
  • the + first-order diffracted light 6a passes through the object lens 16 to reach the optical disc 53 and is reflected by the information recording surface of the optical disc 53, as shown in FIG. Pass the objective lens 16 again.
  • the + first-order diffracted light 6b emitted from the objective lens 16 is substantially parallel to the + first-order diffracted light 6a incident on the objective lens 16.
  • This + 1st order diffracted light 6b When incident on 17b2, the light is diffracted in the B direction perpendicular to the diffraction direction of the region 17bl. Therefore, when viewed from the cross-sectional view of FIG.
  • the light travels straight and does not return to the same optical path as the light beam 6 passing through the planar region 17a.
  • This also applies to the first-order light generated in the region 17bl, the + m-order light, and the —m-order light, and does not return to the same optical path as the light beam 6 passing through the planar region 17a.
  • the light beam 6 incident on the region 17b2 is diffracted in the B direction into a plurality of orders of diffracted light, and each diffracted light passes through the objective lens 16 and is reflected by the optical disk 53. And enters the region 17b 1. Since each diffracted light incident on the region 17bl is diffracted in the A direction, it does not return to the same optical path as the light beam 6 passing through the planar region 17a. Therefore, the light beam 6 having a wavelength of 3 is diffracted approximately 100% by the first diffraction region 17b, and the diffracted light is reflected by the optical disk 53 and diffracted by the first diffraction region 17b again. The light does not enter the photodetecting element 20a. Therefore, according to the present invention, it is possible to limit the aperture of the light beam 6 both in the forward path and in the return path.
  • the light beam 5 and the light beam 6 incident on the region 17cl are diffracted in the A direction in view of the front force of the diffraction aperture element 17 as in the first diffraction region 17b.
  • it becomes a diffracted light of a plurality of orders, and diffracts in the B direction in the region 17c2 to become a diffracted light of a plurality of orders.
  • the + first-order diffracted light passes through the objective lens 16 and is reflected by the optical disk 52, and again passes through the objective lens 16 and enters the region 17c2.
  • the + first-order diffracted light incident on the region 17c2 is diffracted in the B direction, it does not pass the same optical path as the light beam 5 passing through the planar region 17a. This is the same for the first-order light generated in the region 17cl, for the + m-order light and the -m-order light, and does not return to the same optical path as the light beam 5 passing through the planar region 17a.
  • the light beam 5 incident on the region 17c2 is diffracted in the B direction into a plurality of orders of diffracted light.
  • Each diffracted light passes through the objective lens 16 and is reflected by the optical disc 52. And enters the region 17c 1. Since each diffracted light incident on the region 17cl is diffracted in the A direction, it does not return to the same optical path as the light beam 5 passing through the planar region 72a. The same applies to the light beam 6 incident on the regions 17cl and 17c2.
  • the light beam 5 having the wavelength 2 and the light flux 6 having the wavelength 3 are diffracted by about 97% in the second diffraction region 17c, and the diffracted light is reflected by the optical disc 53 and again in the second diffraction region 17c.
  • the diffracted light is incident on the light detection element 20a.
  • the numerical aperture is NA2 or more
  • the spherical aberration of the light beam 6 is increased, and it is not necessary to limit the opening by the diffraction aperture element 17, the second diffraction region 17c is opened only by the light beam 5. You may comprise so that it may diffract so that a number may become NA2.
  • the diffraction grating for causing the light beams 5 and 6 to be diffracted asymmetrically with respect to the optical axis may be configured as shown in FIG. 8, FIG. 9, and FIG. 8, FIG. 9 and FIG. 10 are front views of the diffractive aperture element 17 and schematically show the pattern of the diffraction grating.
  • the first diffraction region 17b is divided into two regions 17b3 and 17b4, the diffraction grating of the region 17b3 is in the circumferential direction, and the diffraction grating of the region 17b4 is in the radial direction.
  • the light beam 6 incident on the region 17b3 is diffracted in the C direction also in view of the front force of the diffraction aperture element 17, and the diffracted light reflected by the optical disk is diffracted in the D direction by the region 17b4. It does not return to the same optical path as 6. Therefore, the aperture of the light beam 6 can be limited both in the forward path and the return path.
  • the diffraction grating in the region 17c3 is in the circumferential direction
  • the diffraction grating in the region 17c4 is in the radial direction
  • the light beams 5 and 6 incident on the region 17c3 are diffracted in the C direction.
  • the apertures of the light beams 5 and 6 can be limited both in the forward path and the return path.
  • the first diffraction region 17b is divided into two regions 17b5 and 17b6, and the diffraction gratings of the regions 17b5 and 17b6 are orthogonal to each other in the oblique direction as shown.
  • the light beam 6 incident on the region 17b5 is diffracted in the E direction, and the diffracted light reflected by the optical disk 53 is diffracted in the F direction by the region 17b6, so that the diffracted light is in the same optical path as the light beam 6 passing through the planar region 17a. Without returning, it is possible to limit the aperture of the light beam 6 in both the forward path and the return path.
  • the planar region 17a It does not return to the same optical path as the light fluxes 5 and 6 that pass through. Therefore, the apertures of the light beams 5 and 6 can be limited both in the forward path and the return path.
  • the first diffraction region 17b is divided into four regions 17b7 to 17bl0, and the diffraction gratings in the regions facing each other across the optical axis are orthogonal to each other, and the diffraction direction is from G Like J.
  • the light beam 6 incident on the regions 17b7 and 17b8 is diffracted in the G direction and the H direction, and the diffracted light reflected by the optical disc 53 is reflected in the regions 17b9 and 17bl0 in the I direction ⁇ [direction, respectively.
  • the light Since the light is diffracted, it does not have the same optical path as the light beam 6 passing through the planar region 17a, and the light beam 6 can be restricted to a numerical aperture NA3 in both the forward path and the return path.
  • NA3 numerical aperture
  • the second diffraction region 17c Because the light beams 5 and 6 diffracted from the regions 17c7 to 17cl0 do not return to the same optical path as the light beams 5 and 6 passing through the plane region 17a, the light beams 5 and 6 are reflected. It is possible to limit the opening of both the forward and return routes. By dividing into four in this way, for example, a part of the light diffracted in the boundary region between the regions 17bl and 17b2 in FIG. 6 can be prevented from returning to the same optical path as the light beam 6 passing through the planar region 17a. The number of divisions may be further increased.
  • the force obtained by making the diffraction direction orthogonal to the optical axis is not necessarily returned to the same optical path as that of the light beam 6 passing through the planar region 17a. What is necessary is just to set the diffraction direction. At least, the diffraction direction should not be symmetrical across the optical axis.
  • the light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 is aperture-limited so as to have the numerical aperture NA 1 at the opening 18 a of the lens barrel 18, and the light beam 5 having the wavelength 2 is the second light beam of the diffractive aperture element 17.
  • the aperture By restricting the aperture to a numerical aperture NA2 in the diffraction region 17c and limiting the aperture of the light beam 6 having the wavelength ⁇ 3 to a numerical aperture ⁇ 3 in the first diffraction region 17b of the diffraction aperture element 17, each optical disc 51, The numerical apertures of the light beams 4, 5, and 6 that converge on 52 and 53 can be set.
  • Focus detection has been described using the force as described in the astigmatism method as an example, but other methods such as the knife-edge method and spot size detection method have been described using the DPP method as an example for tracking detection. Method, push-pull method, or other methods. Furthermore, in the present embodiment, spherical aberration caused by the difference in the protective layer thickness of the optical discs 51, 52, and 53 is corrected by a combination of force lenses corrected using the diffracted light of the hologram, and corrected by divergent light. It may be used.
  • the diffractive aperture element 17 is configured separately from the objective lens 16, and is in the optical path between the light sources 1, 2, 3 and the objective lens 16.
  • the force placed near the lens 16 The present embodiment is not limited to this configuration.
  • a diffraction aperture element 17 may be formed on the surface of the objective lens 16.
  • a plurality of optical disks are recorded using a plurality of light beams having different wavelengths.
  • the diffraction aperture element is used to converge on each optical disk.
  • the numerical aperture of the luminous flux to be set can be set, and sufficient aperture performance can be ensured. Since this diffractive aperture element can be manufactured in a large amount by injection, an inexpensive and practical optical pick can be supplied.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the diffraction aperture element according to Embodiment 2 of the present invention, showing an enlarged view up to the end of the optical axis force.
  • the diffraction aperture element 21 is provided with diffraction regions on two surfaces 211 and 212.
  • One surface 211 has a planar region 21a inside the radius R1, the first diffraction region 21b having a diffraction grating depth hi outside the radius R1, and the other surface 212 inside the radius R2.
  • Has a planar region 21c, and a second diffraction region 21d having a diffraction grating depth h2 is provided outside the radius R2.
  • an annular first diffraction region 21b having an inner radius Rl centered on the optical axis and a diffraction grating depth hi is formed on the surface 211. Further, the outer radius of the first diffraction region 21b is equal to or greater than R2 (R2> R1).
  • a second diffraction region 21d having an inner radius R2 centered on the optical axis and a diffraction grating depth h2 is formed on the surface 212. Then, light of wavelength 3 passing through radius R1 converges on optical disk 53 with a numerical aperture NA3, and light of wavelength ⁇ 2 passing through radius R2 converges on optical disk 52 with numerical aperture ⁇ 2.
  • the configuration of the optical pick-up is obtained by replacing the diffractive aperture element 17 of Embodiment 1 with the diffractive aperture element 21 of FIG. 11, and the operation is the same. That is, the light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 emitted from the blue laser 1 in FIG. 1 is transmitted through the diffractive aperture element 21 of the present embodiment, restricted by the aperture 18a, and passed through the protective layer thickness tl by the objective lens 16. It converges on the information recording surface of the optical disc 51 with a numerical aperture NA1.
  • the light beam 5 of wavelength 2 emitted from the red laser 2 is limited by the diffraction aperture element 21 of the present embodiment, and is opened by the objective lens 16 to the information recording surface of the optical disc 52 through the protective layer thickness t2.
  • the light beam 6 having the wavelength ⁇ 3 emitted from the infrared laser 3 is limited in aperture by the diffraction aperture element 21 of the present embodiment, and converges on the information recording surface of the optical disc 53 with a numerical aperture ⁇ 3 by the objective lens 16.
  • the light beam reflected by the optical discs 51, 52, 53 is received by the photodetector 20, and an information signal is obtained.
  • the objective lens 16 uses the diffraction of the hologram 16a to form a good light spot on the information recording surface of the optical disk 51 through the protective layer thickness tl, and to form the luminous flux 5 into the protective layer thickness t2.
  • a good light spot is formed on the information recording surface of the optical disc 52, and the luminous flux 6 is maintained.
  • a good light spot can be formed on the information recording surface of the optical disc 53 through the protective layer thickness t3.
  • the difference in the optical path length of the light beam passing through the first diffraction region 21b is set to an integral multiple of the wavelength ⁇ 1 and 2 and is an integral multiple of the wavelength ⁇ 3 + a half wavelength. 4 and light beam 5 with wavelength ⁇ 2 are transmitted, and light beam 6 with wavelength ⁇ 3 is diffracted.
  • the aperture can be limited and the numerical aperture can be set to 3. Assuming that the material of the diffraction aperture element 21 is ⁇ 7 and the diffraction grating depth hi is the same as the diffraction grating depth of the first diffraction region 17b of the first embodiment, 3.
  • the optical path length difference is 5 wavelengths, equivalent to 0 wavelength
  • the wavelength is 655 nm
  • the optical path length difference is 3 wavelengths, equivalent to 0 wavelength. Therefore, as shown in Fig. 4, the luminous flux 4 with wavelength 1 and the luminous flux 5 with wavelength ⁇ 2 are transmitted nearly 100%.
  • the optical path length difference is 2.5 wavelengths, which is equivalent to the 0.5 wavelength, and the light beam 6 of wavelength 3 is diffracted nearly 100% and the 0th order light is not transmitted.
  • the aperture of the light beam 6 can be limited to the numerical aperture NA3.
  • the difference in optical path length of the second diffraction region 21d is an integral multiple of the wavelength ⁇ 1, and an integral multiple of the wavelength ⁇ 2 + half wavelength
  • the light flux 4 having the wavelength ⁇ 1 is transmitted.
  • the light beam 5 having the wavelength ⁇ 2 can be diffracted. By diffracting the light beam 5, it is possible to limit the aperture of the light beam 5 to a numerical aperture ⁇ 2.
  • the difference in optical path length is 0.92 wavelength when the wavelength gain is S405 nm.
  • the light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 is transmitted by about 95%.
  • the optical path length difference is 0.55 wavelength
  • the light beam 5 having the wavelength 2 is diffracted by about 97.5%
  • the aperture can be limited to the numerical aperture NA2.
  • the light beam 5 having a wavelength of 2 cannot be diffracted 100% at the same time, and 2 to 3% is transmitted as 0th-order light.
  • the difference in optical path length generated in the light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 is 0. Equivalent to 08 wavelength, approximately 95% transmitted, phase step generated in luminous flux 5 of wavelength 2 is equivalent to 0.45 wavelength, diffracted approximately 97.5%, and aperture limited to numerical aperture ⁇ 2. Can do. If the depth h2 of the diffraction grating is 4.52 m, the difference in the optical path length generated in the light beam 4 having the wavelength ⁇ is equivalent to 0.9 wavelength. Therefore, the difference in optical path length generated in the luminous flux 5 having a wavelength of 2 is approximately 95%, and the difference in optical path length is 0.55 wavelength.
  • the material is not limited as in the first embodiment described with reference to BK7 as an example of the material of the diffractive aperture element 21.
  • the first diffraction region 21b diffracts the light beam 6 having the wavelength ⁇ 3 asymmetrically with respect to the optical axis
  • the second diffraction region 21d makes the light beam 5 having the wavelength ⁇ 2 asymmetric with respect to the optical axis. It is configured to diffract.
  • FIGS. 12 and 13 are front views of the surface 21 1 and the surface 212 of the diffractive aperture element 21 and schematically show the pattern of the diffraction grating.
  • the first diffraction region 21b is divided into two regions 21bl and 21b2, and the directions of the diffraction gratings are orthogonal to each other as shown in FIG.
  • the light beam 6 incident on the region 21bl is diffracted in the A direction as viewed from the front of the surface 21 1 to become a plurality of orders of diffracted light, is reflected by the optical disk 53 through the objective lens 16, and passes again through the objective lens 16.
  • the force region 21b2 incident on the region 21b2 does not return to the same optical path as the light beam 6 passing through the planar region 21a because the diffraction direction is orthogonal to the region 21bl.
  • the light beam 6 incident on the region 21b2 is diffracted in the B direction into a plurality of orders of diffracted light, reflected by the optical disk 53, and incident on the region 21bl. It does not return to the same optical path as the luminous flux 6 passing through the region 21a.
  • the second diffraction region 21d is divided into two regions 21dl and 21d2, and the directions of the diffraction gratings are orthogonal to each other as shown in the figure.
  • the light beam 5 incident on the region 21dl is diffracted in the direction A by looking at the frontal force of the surface 212 to be diffracted light of a plurality of orders, passes through the objective lens 16, is reflected by the optical disk 52, and again passes through the objective lens 16. Therefore, the force region 21d2 incident on the region 21d2 does not return to the same optical path as the light beam 5 passing through the planar region 21c because the diffraction direction is orthogonal to the region 21dl.
  • the light beam 5 incident on the region 21d2 is diffracted in the B direction into a plurality of orders of diffracted light, reflected by the optical disk 52, and incident on the region 21dl. It does not return to the same optical path as the luminous flux 5 that passes through the region 21c.
  • the diffraction regions of the light beam 6 and the light beam 5 are separated, a difference in optical path length suitable for each can be given.
  • the diffraction efficiency of luminous flux 5 is about 97.5%.
  • the diffraction grating for asymmetric diffraction may be a pattern as described in FIGS. 8, 9, and 10 of the first embodiment.
  • the diffraction direction is orthogonal to the optical axis, but the diffraction direction may be set so that it does not return to the same optical path as the light beams 6 and 5 passing through the planar regions 21a and 21c that do not necessarily have to be orthogonal. .
  • the light beam 4 having the wavelength ⁇ 1 is limited to the numerical aperture NA 1 at the opening 18 a of the lens barrel 18, and the light beam 5 having the wavelength ⁇ 2 is the second diffraction of the diffractive aperture element 21.
  • the aperture By restricting the aperture to a numerical aperture of 2 in the region 21d and limiting the aperture of the light beam 6 having a wavelength of 3 to the numerical aperture NA3 in the first diffraction region 2 lb of the diffraction aperture element 21, each optical disc 51, It is possible to set the numerical aperture of the light beams 4, 5, and 6 that converge to 52 and 53.
  • the diffractive aperture element 21 may be configured separately from the objective lens 16 or may be formed on the surface of the objective lens 16. good.
  • the diffraction aperture element is used to collect the light beams that converge on each optical disk.
  • a numerical aperture can be set and sufficient opening performance can be ensured. Since this diffraction aperture element can be manufactured in large quantities by injection, an inexpensive and practical optical pickup can be supplied.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of an optical disc apparatus using the optical pickup of the first embodiment or the second embodiment.
  • the optical disc device 107 includes a drive device 101, an optical head 102, an electric circuit 103, a motor 104, and a turntable 105.
  • an optical disc 100 is mounted on a turntable 105 and rotated by a motor 104.
  • the optical pickup 102 shown in the first or second embodiment is transferred by the driving device 101 to the track where the desired information exists on the optical disc 100.
  • the optical pickup 102 sends a focus error signal and a tracking error signal to the electric circuit 103 in accordance with the positional relationship with the optical disc 100.
  • the electric circuit 103 receives this signal.
  • a signal for driving the objective lens is sent to the optical pickup 102. With this signal, the optical pickup 102 performs focus control and tracking control on the optical disc 100 to read, write, or erase information.
  • the optical disk 100 to be mounted is an optical disk having a protective layer thickness of tl, t2, or t3. Since the optical disk device 107 according to the present embodiment uses the optical pickup according to the first embodiment or the second embodiment, one optical pickup can support a plurality of optical disks having different recording densities.
  • the present embodiment is an embodiment of a computer including the optical disc device 107 according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view of a computer according to the present embodiment.
  • a computer 109 shown in FIG. 15 includes an optical disc device 107 according to the third embodiment, an input device 116 such as a keyboard 111 and a mouse 112 for inputting information, information input from the input device 116, An arithmetic device 108 such as a CPU that performs calculations based on information read from the optical disk device 107, etc., and an output device 110 such as a CRT or a liquid crystal display device that displays information of the results calculated by the arithmetic device 108 And
  • the computer 109 may be configured to include only the optical disk device 107 and the arithmetic device 108 without including the input device 116 and the output device 110. Further, the computer 109 may be equipped with a wired or wireless input / output terminal that takes in information to be recorded on the optical disc device 107 or outputs information read out by the optical disc device 107 to the outside.
  • the computer 109 according to the present embodiment includes the optical disc device 107 according to the third embodiment, and can record or reproduce different types of optical discs stably, and thus can be used for a wide range of applications.
  • the present embodiment is an embodiment of an optical disk recorder provided with the optical disc device 107 according to the third embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view of the optical disc recorder according to the present embodiment.
  • the optical disk recorder 115 shown in FIG. 16 includes an optical disk device 107 according to Embodiment 3 and information for recording an image signal on an optical disk by the optical disk device 107.
  • a recording signal processing circuit 113 for converting into a signal is provided.
  • the optical disc recorder 115 also includes a reproduction signal processing circuit 114 that converts an information signal obtained from the optical disc device 107 into an image signal. According to this configuration, it is also possible to reproduce the already recorded portion. Furthermore, an output device 110 such as a cathode ray tube or a liquid crystal display device for displaying information may be provided.
  • the optical disc recorder 115 includes the optical disc device 107 according to the third embodiment, and can record or reproduce different types of optical discs stably.
  • An optical pickup includes a first light source that emits light of wavelength ⁇ 1, a second light source that emits light of wavelength ⁇ 2, and light of wavelength ⁇ 3.
  • the light of wavelength ⁇ 1 is focused on the third optical source that emits light and the first optical disk having the protective layer thickness tl, and the light of wavelength ⁇ 2 is converged on the second optical disk having the protective layer thickness t2.
  • an objective lens for converging light of wavelength ⁇ 3, a photodetector for detecting reflected light from the optical disk, and light emitted from the light source For a third optical disk with a protective layer thickness t3, an objective lens for converging light of wavelength ⁇ 3, a photodetector for detecting reflected light from the optical disk, and light emitted from the light source.
  • a diffractive aperture element that transmits or diffracts light reflected from the optical disc, and the diffractive aperture element has an inner radial force 1 centered on the optical axis and an outer radial force 2 (R2> R1) or more.
  • the diffraction directions of the first and second diffraction regions of the diffraction aperture element are asymmetric with respect to the optical axis.
  • the first and second diffractive regions are formed on one surface of the diffractive aperture element, and the optical axis of the first diffractive region is centered.
  • the diameter is R2.
  • the first diffraction region is formed on one surface of the diffraction aperture element, and the second diffraction region is formed on the other surface of the diffraction aperture element. It is hoped that you will be ⁇ .
  • the diffracted optical power generated by the aperture restriction of the diffractive aperture element is reflected by the optical disc and diffracted by the diffractive aperture element again, the optical path does not become the same as the light passing through the aperture, and the diffracted light Is not received by the photodetector.
  • the first diffraction region and the second diffraction region are formed on different surfaces, each of the light of ⁇ 2 and length 3 can be optimally diffracted.
  • the diffractive aperture element is configured separately from the objective lens.
  • the diffractive aperture elements can be mass-produced, and the production cost can be reduced.
  • the objective lens converges light having a wavelength ⁇ 1 with a numerical aperture NA1 for the first optical disc, and light having a wavelength ⁇ 2 for the second optical disc. Is converged with a numerical aperture of ⁇ 2, and light having a wavelength of ⁇ 3 is converged with a numerical aperture of ⁇ 3 on the third optical disc, and the wave passes through a position on the circumference of the inner radius R1 of the first diffraction region. It is desirable that light having a wavelength of ⁇ 2 that passes through a position on the circumference of the inner radius R2 of the second diffractive region corresponds to a numerical aperture of U3.
  • the aperture limit is set so that the numerical aperture of light with wavelength ⁇ 3 is ⁇ 3 in the first diffraction region and the numerical aperture of light with wavelength ⁇ 2 is ⁇ 2 in the second diffraction region. can do.
  • the numerical apertures ⁇ 1, ⁇ 2 and ⁇ 3 have a relationship of NA1> ⁇ 2> ⁇ 3.
  • the numerical aperture NA1 is 0.85, and the numerical aperture ⁇ 2 is 0.6 to 0.65, and the numerical aperture NA3 is preferably 0.45 force or 0.5.
  • the first diffraction region is divided into a plurality of first regions according to the direction of the diffraction grating, and the direction of the diffraction grating of the divided first region is the light
  • the second diffraction region is divided into a plurality of second regions according to the direction of the diffraction grating, and is configured so as to be different from the direction of the diffraction grating of the first region at a symmetrical position across the axis. It is desirable that the direction of the diffraction grating of the second region thus formed is different from the direction of the diffraction grating of the second region that is located symmetrically with respect to the optical axis.
  • the diffraction direction when light of the light source power is diffracted by the diffraction aperture element and the diffraction direction when the reflected light from the optical disk is diffracted again by the diffraction aperture element do not match.
  • the diffracted light is not received by the photodetector.
  • the first diffraction region has a direction of the diffraction grating of the first region in which the direction of the diffraction grating of the first region is symmetric with respect to the optical axis.
  • the second diffraction region is configured to be orthogonal to each other, and the direction of the diffraction grating in the second region is perpendicular to the direction of the diffraction grating in the second region at a symmetrical position across the optical axis. It is desirable to be configured.
  • the diffraction aperture element has a refractive index ⁇ 3 for light of wavelength ⁇ 3 of the diffraction aperture element and hi is a diffraction grating depth of the first diffraction region.
  • the diffraction aperture element has a refractive index ⁇ 2 for light of wavelength ⁇ 2 of the diffraction aperture element and h2 the depth of the diffraction grating in the second diffraction region.
  • the diffraction aperture element has a refractive index ⁇ 2 for light of wavelength ⁇ 2 of the diffraction aperture element and h2 as the depth of the diffraction grating in the second diffraction region.
  • the diffraction aperture element has a refractive index ⁇ 2 for light having a wavelength ⁇ 2 of the diffraction aperture element and h2 represents the depth of the diffraction grating in the second diffraction region.
  • the thicknesses tl, t2 and t3 of the protective layer have a relationship of tl ⁇ t2 ⁇ t3.
  • the thickness tl of the protective layer is about 0.075 mm or about
  • the thickness is 0.1 mm
  • the thickness t2 of the protective layer is about 0.6 mm
  • the thickness t3 of the protective layer is about 1.2 mm.
  • the wavelength ⁇ 1 is in a wavelength band of 390 nm force to 420 nm
  • the wavelength ⁇ 2 is up to 640 nm force and is in a wavelength band of 680 nm
  • the wavelength ⁇ 3 is from 750 ⁇ m to 830 nm. I want to be in the band!
  • An optical disk device includes any one of the above optical pickups, a motor for rotating the optical disk, the motor based on the signal obtained from the optical pickup force, An optical lens used for the optical pickup, and an electric circuit for controlling and driving at least a deviation of the light source used for the optical pickup.
  • the first optical disk, the second optical disk, and the third optical disk are rotated by the motor, and the motor and the optical head are based on the signal obtained from the optical head by the electric circuit. Since at least one of the optical lens used in the above and the light source used in the optical head is controlled and driven, the optical head described above can be applied to an optical disc apparatus.
  • a computer includes the above-described optical disc device, an arithmetic device that performs an operation based on at least one of input information and information reproduced by the optical disc device power, An output device that outputs at least one of the input information, information reproduced from the optical disc device, and a result calculated by the calculation device.
  • the arithmetic device performs an operation based on at least one of the information input from the input device or the input terminal and the information reproduced from the optical disc device power, and the output device or the output terminal Information input from the input device or input terminal, information reproduced from the optical disk device, and results calculated by the arithmetic device Since at least one of the results is output, the optical disk device provided with the above optical head can be applied to a computer.
  • An optical disk recorder includes the above optical disk apparatus, a recording signal processing circuit for converting image information into a signal to be recorded on the optical disk apparatus, and a signal obtained by the optical disk apparatus power. And a reproduction signal processing circuit for converting the image data into image information.
  • the image information is converted into a signal to be recorded on the optical disk device by the recording signal processing circuit, and the signal obtained from the optical disk apparatus is converted into the image information by the reproduction signal processing circuit. Therefore, the optical disk device provided with the above optical head can be applied to an optical disk recorder.
  • the optical pickup according to the present invention realizes compatible playback and compatible recording of different types of optical discs using a single objective lens, and can set an optimum numerical aperture even when the optical discs are different, thereby stably reproducing information. Or you can record. Therefore, it is suitable for optical disk devices, computers, optical disk recorders and the like that are applied devices.

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Abstract

　光が回折素子を通る際に生じる光路長の差が波長により異なることを利用して、開口制限する光に略半波長の光路長の差を与え、回折方向を光軸に対して非対称になるよう回折格子を構成する。この回折格子の構成により、光ディスクへの収束光も光ディスクからの反射光も開口制限し、１つの対物レンズを用いて複数の光ディスクを記録／再生する光ピックアップを実現する。この光ピックアップは、不要光が光検出器に入射することを防止し、回折素子の低コスト化を可能にする。

Description

明 細 書
光ピックアップ、光ディスク装置、コンピュータ及び光ディスクレコーダ 技術分野
[0001] 本発明は、光ディスクなどの光情報媒体上に、情報を記録あるいは再生、消去を行 う光ピックアップと、この光ピックアップを用いた光ディスク装置と、その装置を応用し たパーソナルコンピュータと、ビデオ.オーディオ信号を記録する光ディスクレコーダ 等のシステムに関する。
背景技術
[0002] 光ディスクの第 1世代といえるコンパクトディスク（以下、 CDと記す)では、対物レン ズの開口数を 0. 45力 0. 5とし、波長 780nmの赤外光を用いて、保護層厚 1. 2m mの光ディスクに記録または再生（以下、記録 Z再生と記す)している。なお、本明細 書中において、保護層とは光ディスクに光束が入射する面力 情報記録面までの透 明な媒体を指す。また、第 2世代のデジタルバーサタイルディスク（以下、 DVDと記 す)では、対物レンズの開口数を 0. 6とし、波長 655nmの赤色光を用いて、保護層 厚 0. 6mmの光ディスクに記録 Z再生している。そして、第 3世代のブルーレイディス ク（以下、 BDと記す）では、対物レンズの開口数を 0. 85とし、波長 405nmの青色光 を用いて、保護層厚 0. 1mmまたは 0. 075mmの光ディスクに記録/再生している。
[0003] このように、第 3世代の光ディスクは、波長の短!、青色レーザと、開口数の大き！/、光 学系を用いて、従来以上に高密度化を図っており、今後の拡大が期待されている。 し力し、高密度光ディスクである BDにおいても、 DVDや CDで蓄積された資産の継 承が望まれ、これらの光ディスクに記録 Z再生できる小型で安価な光ディスク装置が 求められている。このため、保護層厚の異なる光ディスクを 1つの対物レンズにより記 録 Z再生できる 3波長対応の光ピックアップか開発されている。この光ピックアップに おいては、保護層厚の差による球面収差を主にホログラム等を用いて補正し、開口を 光学フィルターや回折素子を用いて規制して 、る。
[0004] 従来より、異なる種類の光ディスクに、異なる波長の光束を開口制限して記録 Z再 生する構成が開示されている。この構成を図 17を用いて説明する。図 17は従来の光 ピックアップの一例の概略構成を示している。図 17において、青色レーザ 60から出 射した波長 405nmの光束 61は、コリメートレンズ 62により平行光束に集光され後、 偏光ビームスプリッタ 63、ダイクロイツクプリズム 64を透過して、ミラー 65で反射し、 1 Z4波長板 66で円偏光とされ、波長選択アパーチャ一 67を透過し、対物レンズ 68に より、保護層厚 0. 1mmの光ディスク 51上に開口数 NA1で収束する。光ディスク 51 力も反射した光は、対物レンズ 68、波長選択アパーチャ一 67、 1Z4波長板 66を透 過して、往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ 63で反射して、検出レ ンズ 69により収束され、光検出器 71の受光面に入射する。その出力信号を用いて、 情報信号と制御信号を得る。
[0005] ホログラムユニット 72は、赤色レーザ 72a、赤外レーザ 72b、ホログラム 72c、受光 素子 72d、 72eを一体ィ匕して構成されている。赤色レーザ 72aから出射した光束 73 は、コリメートレンズ 74により集光され、ダイクロイツクプリズム 64、ミラー 65で反射して 、 1Z4波長板 66で円偏光となり、波長選択アパーチャ一 67で開口を規制され、対 物レンズ 68〖こより、保護層厚 0. 6mmの光ディスク 52上に開口数 NA2で収束する。 光ディスク 52から反射した光は、対物レンズ 68、波長選択アパーチャ一 67、 1Z4波 長板 66を透過して、往路と直交した直線偏光になり、ダイクロイツクプリズム 64を反射 して、コリメートレンズ 74により収束され、ホログラム 72cで回折して、受光素子 72dに 入射する。受光素子 72dの出力より情報信号と制御信号を得る。
[0006] また、赤外レーザ 72bから出射した光束 75は、コリメートレンズ 74により集光され、 ダイクロイツクプリズム 64、ミラー 65で反射して、 1Z4波長板 66で円偏光となり、波長 選択アパーチャ一 67で開口を規制され、対物レンズ 68により、保護層厚 1. 2mmの 光ディスク 53上に開口数 NA3で収束する。光ディスク 53から反射した光は、対物レ ンズ 68、波長選択アパーチャ一 67、 1Z4波長板 66を透過して、往路と直交した直 線偏光になり、ダイクロイツクプリズム 64を反射して、コリメートレンズ 74により収束さ れ、ホログラム 72cで回折して、受光素子 72eに入射する。受光素子 72eの出力より 情報信号と制御信号を得る。
[0007] なお、各ディスクの保護層厚の差により発生する球面収差の補正は球面収差補正 手段（図示せず）により行なっている。 [0008] 波長選択アパーチャ一 67を図 18に示す。図 18において、波長選択アパーチャ一 67の中心部 67aは、開口数 NA3に相当する領域であって、光束 61、 73、 75を透過 するように光学多層膜が形成されている。中周部 67bは開口数 NA3から NA2に相 当する領域であり、光束 61と光束 73を透過し、光束 75を反射するように光学多層膜 が形成されている。また、外周部 67cは開口数 NA2より大きな領域であり、光束 61を 透過し、光束 73と光束 75を反射するように光学多層膜が形成されている。よって、光 束 75は開口数 NA3で光ディスク 53に収束し、光束 73は開口数 NA2で光ディスク 5 2に収束する。なお、中心部 67aは、ここを透過した光束 61、 73の位相と、中周部 67 b、外周部 67cを透過した光束 61、 73の位相を合わせるため、光学多層膜を形成す る必要がある（たとえば特許文献 1)。
[0009] 第 2の従来例としては、回折素子を用いて開口制限する光ピックアップの構成が開 示されている。この構成について、図 19を用いて説明する。図 19は従来の光ピック アップの一例の概略構成を示す。青色レーザ 80から出射した波長 405nmの光束 81 は、コリメートレンズ 82により平行光束に集光された後、偏光ビームスプリッタ 83、ビ ームエキスパンダー 84、偏光ビームスプリッタ 85、回折光学素子 86を透過して、対 物レンズ 87により保護層厚 0. 1mmの光ディスク 51上に開口数 NA1で収束する。光 ディスク 51から反射した光は、再び対物レンズ 87、回折光学素子 86、偏光ビームス プリッタ 85、ビームエキスパンダー 84を通過し、偏光ビームスプリッタ 83で反射して、 検出レンズ 88により非点収差が与えられ、光検出器 89の受光面上に収束する。光 検出器 89からは情報信号と制御信号が検出される。
[0010] また、赤色レーザ 90から出射した波長 655nmの光束 91は、偏光ビームスプリッタ 9 2、 93を通過し、コリメートレンズ 94により平行光束に集光された後、偏光ビームスプ リツタ 85で反射し、回折光学素子 86により光束径が規制され、対物レンズ 87によつ て保護層 0. 6mmの光ディスク 52上に開口数 NA2で収束する。光ディスク 52から反 射した光は、再び対物光レンズ 87、回折光学素子 86を通過し、偏光ビームスプリツ タ 85で反射して、コリメートレンズ 94により収束され、偏光ビームスプリッタ 93で反射 し、検出レンズ 95によって非点収差を与えられ、光検出器 96の受光面上に収束する 。光検出器 96から情報信号と制御信号が検出される。 [0011] 次に、赤外レーザ 97から出射した波長 780nmの光束 98は、偏光ビームスプリッタ 92で反射し、偏光ビームスプリッタ 93を通過して、コリメートレンズ 94により平行光束 に集光された後、偏光ビームスプリッタ 85で反射し、回折光学素子 86により光束径 が規制され、対物レンズ 87によって保護層 1. 2mmの光ディスク 53上に開口数 NA 3で収束する。光ディスク 53から反射した光は、再び対物レンズ 87、回折光学素子 8 6を通過し、偏光ビームスプリッタ 85で反射され、コリメートレンズ 94により収束され、 偏光ビームスプリッタ 93で反射し、検出レンズ 95によって非点収差を与えられ、光検 出器 96の受光面上に収束する。光検出器 96から情報信号と制御信号が検出される
[0012] なお、各ディスクの保護層厚の差により発生する球面収差は、別途設けられたホロ グラムにより補正される。
[0013] 回折光学素子 86を図 20A及び図 20Bに示す。図 20Aにおいて、回折光学素子 8 6は、開口数が NA3に相当する範囲で回折構造のない領域 861と、開口数が NA3 力も NA2に相当する範囲で回折構造 86aを備える領域 862と、開口数が NA2に相 当する範囲の外側で回折構造 86bを備える領域 863とからなり、各回折構造は図 20 Bに示すような階段構造になっている。回折構造 86aは階段構造の 1段が波長 λ 1及 びえ 2の略整数倍の光路差が発生するよう設定されており、光束 81、 91は回折され ずに透過し、光束 98は回折して不要光となる。回折構造 86bは階段構造の 1段が波 長 λ 1の略整数倍の光路差が発生するよう設定されており、光束 81は回折されずに 透過し、光束 91、 98は回折して不要光となる。よって、光束 98は開口数 ΝΑ3で光デ イスク 53に収束し、光束 91は開口数 ΝΑ2で光ディスク 52に収束する（たとえば特許 文献 2)。
[0014] 第 1の従来例では、波長選択アパーチャ一 67により DVDと CDの開口制限を行う ため、 1つの面に 3種類の光学多層膜を設ける必要がある。この光学多層膜は、高屈 折率の誘電体膜として、例えば青色光に対して透過率が良好な Ta205を用い、低屈 折率の誘電体膜として Si02を用いて、交互に積層して構成することができる。このよ うな光学多層膜を形成するには、まず、金属膜を蒸着した後、ホトレジストにより中周 部 67bと外周部 67cをマスキングして、中心部 67aの金属膜をエッチングにより除去 し、光束 61、光束 73及び光束 75が透過する光学多層膜を蒸着する。その後、中周 部 67bと外周部 67cの金属膜と光学多層膜をリフトオフにより除去し、内周部 67aの 光学多層膜が完成する。次に、再び、金属膜を蒸着した後、ホトレジストにより中心部 67aと外周部 67cをマスキングして、中周部 67bの金属膜をエッチングにより除去し、 光束 61と光束 73が透過し光束 75が反射する光学多層膜を蒸着する。その後、中心 部 67aと外周部 67cの金属膜と光学多層膜をリフトオフにより除去し、中周部 67bの 光学多層膜が完成する。次に、光束 61が透過し光束 73と光束 75が反射する外周部 67cの光学多層膜を同様の行程により形成する。
[0015] このように、光学多層膜を用いた波長選択アパーチャ一は、金属膜の蒸着、マスキ ング、光学多層膜の蒸着、リフトオフの行程を 3回繰り返すため、製造プロセスが複雑 になり、製造コストが高くなるという課題がある。
[0016] 第 2の従来例では、回折光学素子 86により DVDおよび CDの開口制限を行ってい る。領域 862を通る光束 98は光ディスク 53の情報記録面に収束しないように、回折 構造 86aで回折し、領域 863を通る光束 91、 98は光ディスク 52、 53の情報記録面 に収束しないように、回折構造 86bで回折している。このような構成では、光ディスク の情報記録面に収束する光束の開口制限はできる力 光ディスク力 反射した回折 光力 再び回折開口素子 86で回折すると、領域 861を通り光ディスク 53で反射した 光束と同一の光路になって、光検出器 96に受光されてしまう。これを図 21を用いて 説明する。
[0017] 図 21は対物レンズ 87と回折光学素子 86の断面図であり、光ディスク 53に収束する 光の伝搬を示す。領域 862を通る光束 98は回折構造 86aで回折し、例えば + 1次回 折光は図のような光路を通って、光ディスク 53に到達し、光ディスク 53の情報記録面 で反射する。光ディスク 53で反射した + 1次回折光は、再び回折構造 86aに入射し 回折する。この + 1次回折光の回折で発生する— 1次回折光は、光束 98が領域 861 を回折作用を受けずに透過し、光ディスク 53で反射して戻る光束と同じ光路になり、 光検出器 96に入射する。また、回折構造 86aで発生した— 1次回折光が、光ディスク 53で反射し、再び回折して + 1次回折光になると、同じように光検出器 96に入射す る。これは、 + 1次回折光と— 1次回折光だけではなぐ mを自然数とするとき、 +m 次回折光と— m次回折光についても同様に、領域 861を透過した光束と同じ光路に なり、光検出器 96に入射する。さらに、回折構造 86bで回折する光束 91、 98につい ても同様である。つまり、往路の開口制限はできても、復路の開口制限はできず、再 生信号あるいは制御信号に不要光が重畳して信号品質を劣化させることになる。
[0018] なお、回折構造 86a、 86bは、図 20Bのように階段状になっており、特定の回折光 を強く発生させることにより、上記回折光が光検出器に入射する際の光量を低減させ る効果はある力 回折構造を鋸歯形状にすることはできず、光検出器 96に入射する 回折光を避けることはできない。また、回折構造を階段状にすることで、溝が深くなり 、形状誤差による透過ロス、回折ロスが増加する。
特許文献 1 :特開 2003— 255221号公報（第 12— 13頁、図 10)
特許文献 2 :特開 2005— 259332号公報（第 20— 24頁、図 1、 2)
発明の開示
[0019] 本発明は、前記のような従来の問題を解決した開口制限手段を提供するものであり 、異なる種類の光ディスクの互換再生や互換記録を 1つの対物レンズを用いて実現 し、安価で安定して情報の記録 Z再生ができる光ピックアップ、光ディスク装置、コン ピュータ及び光ディスクレコーダを提供することを目的とする。
[0020] 前記目的を達成するために、本発明の望ましい第 1の構成に係る光ピックアップは 、波長 λ 1の光を出射する第 1の光源と、波長 λ 2の光を出射する第 2の光源と、波 長 λ 3の光を出射する第 3の光源と、保護層厚 tlの第 1の光ディスクに対しては波長 λ 1の光を収束し、保護層厚 t2の第 2の光ディスクに対しては波長 λ 2の光を収束し 、保護層厚 t3の第 3の光ディスクに対しては波長 λ 3の光を収束する対物レンズと、 光ディスクからの反射光を検出する光検出器と、光源からの出射光と光ディスクから の反射光とを透過又は回折させる回折開口素子とを備え、前記回折開口素子は、光 軸を中心とする内半径カ¾1で、外半径力 2 (R2>R1)以上である環状の第 1の回 折領域と、前記光軸を中心とする内半径力 2である環状の第 2の回折領域と、を有 し、前記第 1の回折領域は、波長 λ 1の光と波長 λ 2の光とを透過させ、波長 λ 3の 光の回折方向が前記光軸に対して非対称となるように構成され、前記第 2の回折領 域は、波長 λ 1の光を透過させ、波長 λ 2の光の回折方向が前記光軸に対して非対 称となるように構成される。
[0021] 本発明は、 1つの対物レンズにより BD、 DVD, CDを記録 Z再生する光ピックアツ プにおいて、各波長の光を、各光ディスクに応じて開口制限する手段として、光学多 層膜を用いた光学フィルターによらず、回折開口素子により十分な開口制限作用を 持たせるように構成したものである。回折開口素子はインジェクションにより多量で安 価に作製することができ、複数の光ディスクを記録 Z再生する互換ヘッドを廉価に提 供できる。この結果、今後の高密度光ディスクの普及に貢献できるものである。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]本発明の実施の形態 1における光ピックアップの基本構成と光の伝搬の様子を 示す図である。
[図 2]本発明の実施の形態 1における対物レンズの断面図である。
[図 3]本発明の実施の形態 1における回折開口素子の断面図で、光軸力 一端まで の拡大図である。
[図 4]本発明の実施の形態 1における光路長の差と 0次光との関係を示す図である。
[図 5]本発明の実施の形態 1における回折開口素子の第 1の回折領域で回折した光 の伝搬の様子を示す図である。
[図 6]本発明の実施の形態 1における回折開口素子の回折格子パターンを示す第 1 の模式図である。
[図 7]本発明の実施の形態 1における回折開口素子の第 2の回折領域で回折した光 の伝搬の様子を示す図である。
[図 8]本発明の実施の形態 1における回折開口素子の回折格子パターンを示す第 2 の模式図である。
[図 9]本発明の実施の形態 1における回折開口素子の回折格子パターンを示す第 3 の模式図である。
[図 10]本発明の実施の形態 1における回折開口素子の回折格子パターンを示す第 4 の模式図である。
[図 11]本発明の実施の形態 2における回折開口素子の断面図で、光軸力 一端まで の拡大図である。 [図 12]本発明の実施の形態 2における回折開口素子の第 1の回折領域の回折格子 ノ ターンを示す模式図である。
[図 13]本発明の実施の形態 2における回折開口素子の第 2の回折領域の回折格子 ノ ターンを示す模式図である。
[図 14]本発明の実施の形態 3における光ディスク装置の概略構成図である。
[図 15]本発明の実施の形態 4におけるコンピュータの概略斜視図である。
[図 16]本発明の実施の形態 5における光ディスクレコーダの概略斜視図である。
[図 17]従来の光ピックアップの一例の概略構成を示す図である。
[図 18]従来の光ピックアップの波長選択アパーチャ一の平面図である。
[図 19]従来の光ピックアップの他の一例の概略構成を示す図である。
[図 20]図 20Aは従来の光ピックアップの回折光学素子の断面図であり、図 20Bは図
20Aに示す回折光学素子の一部の拡大図である。
[図 21]従来の光ピックアップの回折光学素子で回折した光の伝搬の様子を示す図で ある。
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[0024] (実施の形態 1)
図 1は本発明の実施の形態 1における光ピックアップを示す構成図である。図 1に おいて、光ピックアップは、青色レーザ 1、赤色レーザ 2、赤外レーザ 3、回折格子 7、 8、 9、ダイクロイツクプリズム 10、 11、ビームスプリッタ 12、コリメートレンズ 13、波長板 14、ミラー 15、対物レンズ 16、回折開口素子 17、鏡筒 18、検出レンズ 19、光検出 器 20を備える。
[0025] 青色レーザ 1は波長 λ 1 (略 405nm)の光を出射する。赤色レーザ 2は波長 λ 2 (略 655nm)の光を出射する。赤外レーザ 3は波長 λ 3 (略 780nm)の光を出射する。光 ディスク 51は保護層厚 tlが約 0. 075mmまたは約 0. 1mmの光ディスクであり、波 長 λ 1の光束によって記録 Z再生される光情報媒体、例えば BD用の光ディスクであ る。光ディスク 52は保護層厚 t2が約 0. 6mmの光ディスクであり、波長え 2の光束に よって記録 Z再生される光情報媒体、例えば DVD用の光ディスクである。光ディスク 53は保護層厚 t3が約 1. 2mmの光ディスクであり、波長え 3の光束によって記録 Z 再生される光情報媒体、例えば CD用の光ディスクである。図 1では光ディスク 51を 実線で示し、光ディスク 52を点線で示し、光ディスク 53を一点鎖線で示し、光束が入 射する面力も情報記録面までの保護層のみを示している。実際には、光ディスク 51、 52、 53は、機械的強度を確保し、外形を CDと同じ 1. 2mmにするため、基材を張り 合わせている。光ディスク 52は、厚み 0. 6mmの基材を張り合わせ、光ディスク 51は 厚み 1. 1mmの基材を張り合わせている力 本発明の図面では、簡単にするため、 基材は省略している。対物レンズ 16は光ディスク 51、 52、 53に光を収束させる。対 物レンズ 16は、レンズ表面にはホログラム 16aが形成されている。ホログラム 16aで発 生する回折光の波長依存性を利用して、光ディスク 51、 52、 53の保護層厚の違い による球面収差を補正する。このように構成された光ピックアップの動作にっ 、て説 明する。
記録密度の高い光ディスク 51を記録 Z再生する際には、青色レーザ 1から出射し た波長 λ 1の光束 4が回折格子 7により主光束と 2つの副光束に分けられ、ダイクロイ ックプリズム 10、 11を透過して、ビームスプリッタ 12に入射する。ダイクロイツクプリズ ム 10は波長 λ 1の光を透過し、波長 λ 2の光を反射するよう構成され、ダイクロイツク プリズム 11は波長 λ 1とえ 2の光を透過し、波長え 3の光を反射するよう構成されてい る。また、ビームスプリッタ 12は、波長 λ 1、え 2の光に対しては、偏光面が入射面に 水平方向の直線偏光 (以下、 S偏光と記す)を反射し、それと直交する方向の直線偏 光（以下、 Ρ偏光と記す)を透過する偏光分離特性を持ち、波長 λ 3の光に対しては S偏光の一部を反射し、 S偏光の一部を透過する特性を持った光路分岐素子である 。青色レーザ 1から出射した光束 4は、 S偏光でビームスプリッタ 12に入射するよう設 定されており、ビームスプリッタ 12を反射して、コリメートレンズ 13により集光され、波 長板 14で直線偏光から円偏光に変換される。コリメートレンズ 13は矢印 Xの方向に 移動可能に構成され、光ディスク 51の保護層厚 tlが 0. 075mmのときは、コリメート レンズ 13を発光点力も遠ざける方向に移動させ、保護層厚 tlが 0. 1mmのときは、コ リメ一トレンズ 13を発光点に近づける方向に移動させて、球面収差が少なくなる位置 に設定し、 2層の光ディスク 51に対応している。波長板 14は波長え 1、 λ 2の光に対 しては、 1Z4波長板として作用し、波長え 3の光に対しては、波長板として作用しな いよう設計されている。さらに、光束 4はミラー 15で反射し、回折開口素子 17を透過 して、鏡筒 18に設けられた開口 18aにより開口数 NA1になるよう開口制限され、対物 レンズ 16に入射する。ここで、光束 4は、対物レンズ 16のレンズ面に形成されたホロ グラム 16aにより回折し、対物レンズ 16の屈折作用を受け、保護層厚 tlを通して、光 ディスク 51の情報記録面に開口数 NA1で収束する。光ディスク 51の情報記録面で 反射した光束 4は、往路と反対回りの円偏光となり、もとの光路を逆にたどって、対物 レンズ 16、回折開口素子 17を通り、波長板 14により P偏光に変換され、コリメートレン ズ 13により収束されて、ビームスプリッタ 12を透過する。収束光となった光束 4は、検 出レンズ 19によって非点収差が与えられ、光検出器 20に入射し、受光素子 20aによ り光電変換される。検出レンズ 19はビームスプリッタ 12の入射面に対して 45° 傾い た方向にレンズ作用をもつシリンドリカルレンズにより構成されている。光束 4に非点 収差が与えられることにより、非点収差法によるフォーカス信号を得ることができ、回 折格子 7によって形成された主光束と 2つの副光束よりデフアレンシャルプッシュプル 法 (以下、 DPPと記す)を構成し、トラッキング信号を得ることができる。また、光検出 器 20の出力より情報信号を得ることができる。
次に、光ディスク 52を記録 Z再生する際には、赤色レーザ 2から出射した波長 λ 2 の光束 5が回折格子 8により主光束と 2つの副光束に分けられ、ダイクロイツクプリズム 10で反射し、ダイクロイツクプリズム 11を透過して、ビームスプリッタ 12に入射する。 赤色レーザ 2から出射した光束 5は、 S偏光でビームスプリッタ 12に入射するよう設定 されており、ビームスプリッタ 12を反射して、コリメートレンズ 13により集光され、波長 板 14により直線偏光から円偏光に変換される。さらに、光束 5はミラー 15で反射して 、回折開口素子 17により開口制限され、対物レンズ 16に入射する。ここで、光束 5は 対物レンズ 16の表面に形成されたホログラム 16aで回折し、対物レンズ 16の屈折作 用を受け、保護層厚 t2を通して、光ディスク 52の情報記録面に開口数 NA2で収束 する。光ディスク 52の情報記録面で反射した光束 5は、往路と反対回りの円偏光とな り、もとの光路を逆にたどって、対物レンズ 16、回折開口素子 17を通り、波長板 14に より P偏光に変換され、コリメートレンズ 13により収束され、ビームスプリッタ 12を透過 する。収束光となった光束 5は、検出レンズ 19によって非点収差が与えられ、光検出 器 20に入射し、受光素子 20aにより光電変換される。光検出器 20の出力を演算する ことによって、前記同様にフォーカス信号とトラッキング信号および情報信号を得る。
[0028] 次に、光ディスク 53を記録 Z再生する際には、赤外レーザ 3から出射した波長 λ 3 の光束 6が回折格子 9により主光束と 2つの副光束に分けられ、ダイクロイツクプリズム 11を反射して、ビームスプリッタ 12に入射する。赤外レーザ 3から出射した光束 6は、 S偏光でビームスプリッタ 12に入射するよう設定されており、 S偏光の一部がここを反 射して、コリメートレンズ 13により集光される。さらに、光束 6は波長板 14を透過して、 ミラー 15で反射し、回折開口素子 17により開口制限されて、対物レンズ 16に入射す る。ここで、光束 6はホログラム 16aで回折し、対物レンズ 16の屈折作用を受け、保護 層厚 t3を通して光ディスク 53の情報記録面に開口数 NA3で収束する。光ディスク 5 3の情報記録面で反射した光束 6は、もとの光路を逆にたどって、対物レンズ 16、回 折開口素子 17を通り、波長板 14を透過して、コリメートレンズ 13により収束され、ビ 一ムスプリッタ 12に S偏光で入射する。光束 6は S偏光の一部がここを透過し、検出レ ンズ 19によって非点収差が与えられ、光検出器 20に入射し、受光素子 20aにより光 電変換される。光検出器 20の出力を演算することによって、前記同様にフォーカス信 号とトラッキング信号および情報信号を得る。 CD用の光ディスクには複屈折の大きな ものがあり、光束 4、 5のように、偏光分離による光路分岐を行うと、光検出器 20に光 が伝搬しないことがある。このため、光束 6は偏光方向によらず、一定の光を反射し、 一定の光を透過するよう光路分岐することが望ましい。また、前記フォーカス信号によ り、対物レンズ 16を保持する鏡筒 18を、光ディスク 51、 52、 53の面振れに追従させ 、トラッキング信号により、光ディスク 51、 52、 53に形成されたトラックに追従させるよ う構成されている。
[0029] 図 2は対物レンズ 16の断面図であり、光ディスク 51、 52、 53に収束する光の伝搬 を示す。ホログラム 16aは対物レンズ 16の表面に同心円状に形成された鋸歯状の回 折格子であり、光束 4、 5、 6に対して + 1次回折光を最も強く発生するように設計され ている。この + 1次回折光の波長依存性を利用して、光ディスク 51、 52、 53の保護 層厚の差によって生じる球面収差を補正している。つまり、前記光束 4の + 1次回折 光は対物レンズ 16の屈折作用を受け、保護層厚 tlを通して、光ディスク 51の情報記 録面に良好な光スポットを形成し、前記光束 5の + 1次回折光は対物レンズ 16の屈 折作用を受け、保護層厚 t2を通して、光ディスク 52の情報記録面に良好な光スポッ トを形成し、前記光束 6の + 1次回折光は対物レンズ 16の屈折作用を受け、保護層 厚 t3を通して、光ディスク 53の情報記録面に良好な光スポットを形成する。この球面 収差の補正は、ホログラムの + 1次回折光以外の回折光を利用することもできる。例 えば、波長 λ 1の光束 4に対しては + 3次回折光を利用し、光束 5、 6に対しては + 2 次回折光を利用することでも可能である。
[0030] 次に、図 3から図 10を用いて回折開口素子 17の働きと構成を説明する。図 3は回 折開口素子 17の断面であり、光軸から一端までの拡大図を示す。図 3の回折開口素 子 17にお!/、て、半径 R1を通る波長 λ 3の光が開口数 ΝΑ3で光ディスク 53に収束し 、半径 R2を通る波長え 2の光が開口数 ΝΑ2で光ディスク 52に収束する。半径 R1の 内部は、回折格子のない平面領域 17aであり、半径 R1から R2の範囲は、第 1の回折 領域 17bであり、半径 R2の外側は、第 2の回折領域 17cである。第 1の回折領域 17b は、光軸を中心とする内半径 Rl、外半径 R2を有する環状の領域であり、第 2の回折 領域 17cは、光軸を中心とする内半径 R2の環状の領域である。また、第 1および第 2 の回折領域 17b、 17cの回折格子は、それぞれ深さが hl、 h2の矩形形状をしており 、回折した光は回折角の小さい方から + 1次、 + 2次、 + 3次…の回折光を発生し、 その反対側に対称に 1次、 2次、 3次 · · ·の回折光を発生する。ここで、光路長 の差を、光束が回折領域を通る際に回折格子の段差の有無によって生じる光路長の 差異とすると、波長えに対する屈折率を nとして、この光路長の差 Lは、回折格子の 深さ hと、媒質と空気との屈折率の差 (n— 1)との積で表わされ、下記のようになる。
L=h X (n- 1)
[0031] この、光路長の差 Lが波長 λの k倍とすると
k X =h X (n- 1) · ' · ( 1)
となる。
[0032] 光路長の差 Lと、 0次光（回折作用を受けず透過する光）の関係を求めると、図 4の ようになる。図 4において横軸は波長を単位とする光路長の差 Lであり 0波長から 1波 長の範囲を示し、縦軸はスカラーで計算したときの 0次光の割合を示す。 0次光が 10 0%とは全ての光束が回折せずに透過し、 0%とは全て光束が回折することを意味す る。また、 0次光の割合は、波面が 1波長ずれると 0波長と等価になるから、 1波長以 上の 0次光の割合は、 0波長から 1波長の特性を繰り返すことになり、 0波長から 1波 長の光路長の差 Lに対する 0次光の割合より、全ての光路長の差 Lに対する 0次光の 割合を求めることができる。これより、光束が第 1の回折領域 17bを通過する際に発生 する光路長の差 Lを、波長 λ 1とえ 2の整数倍とし、波長 λ 3の整数倍 +半波長とす れば、波長 λ 1の光束 4と波長 λ 2の光束 5を透過させ、波長 λ 3の光束 6を回折させ ることができ、光束 6を開口数 ΝΑ3に設定することができる。一例として、回折開口素 子 12の材料を、ホウケィ酸クラウンガラス (ΒΚ7)とし、第 1の回折領域 17bの格子の 深さ hiを 3. 82 mとすると、波長え力 05nmのときの BK7の屈折率 nは 1. 5302と なる力 、（1)式より kは 5. 00となり、光束 4に発生する光路長の差 Lは 5波長となる。 よって、 0次光の割合は 0波長と等価により、波長 λ 1の光束 4は 100%近く透過する 。また、波長えが 655nmのときの ΒΚ7の屈折率 ηは、 1. 5144となる力ら、（1)式より kは 3. 00となり、光束 5に発生する光路長の差 Lは 3波長となる。よって、 0次光の割 合は 0波長と等価により、波長 λ 2の光束 5は 100%近く透過する。一方、波長 λが 7 80nmのときの ΒΚ7の屈折率 ηは 1. 5112となる力ら（1)式より kは 2. 50となり、光束 5に発生する光路長の差は 2. 5波長になる。 0次光の割合は 0. 5波長と等価により、 波長 λ 3の光束 6は 100%近く回折して 0次光は透過せず、開口を規制することがで きる。
次に、光束が第 2の回折領域 17cを通過する際に発生する光路長の差 Lを、波長 λ 1の整数倍とし、波長え 2とえ 3の整数倍 +半波長とすれば、波長 λ 1の光束 4を 透過させ、波長 λ 2の光束 5と波長 λ 3の光束 6を回折させることができる。光束 5を 回折させることにより、開口数を ΝΑ2に設定することができ、光束 6を回折させること により、この領域においても開口制限することができる。一例として、第 2の回折領域 1 7cの回折格子の深さ h2を 0. 70 mとすると、波長え力 S405nmのとき（1)式より kは 0. 92となり、光束 4に発生する光路長の差 Lは 0. 92波長となる。よって、波長 λ 1の 光束 4は略 95%透過する。また、波長えが 655nmのとき（1)式より kは 0. 55となり、 光束 5に発生する光路長の差 Lは、 0. 55波長となるため、波長え 2の光束 5は略 97 . 5%回折し、開口数を NA2に設定することができる。一方、波長えが 780nmのとき (1)式より kは 0. 46となり、光束 5に発生する光路長の差 Lは 0. 46波長となるため、 波長 λ 3が 780nmの光束 6は略 98%回折し、波長 λ 2同様に開口制限することがで きる。第 2の回折領域 17cでは、波長え 2、 λ 3の光束 5、 6を同時に 100%回折する ことはできず、 2〜3%は 0次光として透過する力 実用上問題はない。なお、第 1及 び第 2の回折領域 17b、 17cを透過する 0次光は、概ね ± 10%以下であればよい。 ± 10%の 0次光は、光ディスク 51、 52、 53で反射して、再び第 1及び第 2の回折領 域 17b、 17cを透過すると ± 1%になり、光検出器 20に入射しても許容できる範囲で ある。図 3より回折領域を透過する 0次光が ± 10%になる光路長の差は (k±0. 1) λ になる。
[0034] また、第 2の回折領域 17cの回折格子の深さを、光束 5のみ 100%近く回折するよう 設定し、その結果発生する光束 6の 0次光は球面収差により開口制限してもよい。波 長 λ 3の光束 6は開口数が大きくなると、対物レンズ 16の表面に形成されたホロダラ ム 16aによる球面収差の補正が困難になり、開口数 NA2以上の領域を通る光束 6は 、開口数 NA3内を透過した光束 6と同じ位置に収束することはない。また、光ディスク 53からの反射光も球面収差により、平面領域 17aを通る光束 6と同じ光路には戻らず 、拡散することになる。
[0035] さらに、光束 6の球面収差による開口制限を積極的に利用し、第 2の回折領域 17c では、光路長の差 Lを、波長 λ 1の整数倍とし、波長 λ 2の整数倍 +半波長として、 波長 λ 1の光束 4を透過させ、波長 λ 2の光束 5を回折させることにより、光束 5を開 口数 ΝΑ2に設定し、光束 6は、球面収差により開口制限を行うこともできる。一例とし て、第 2の回折領域 17cの格子の深さ h2を 3. 12 μ mとすると、波長 λ力 05nmのと きの（1)式より kは 4. 08となり、光束 4に発生する光路長の差は 4. 08波長となる。よ つて、 0. 08波長と等価になり、波長 λ 1の光束 4は略 95%透過する。また、波長え 力 S655nmのときの（1)式より kは 2. 45となり、光束 5に発生する光路長の差は 2. 45 波長になる。よって、 0. 45波長と等価になり、波長え 2の光束 5は略 97. 5%回折し 、開口数を NA2に設定することができる。また、同様に、第 2の回折領域 17cの回折 格子の深さ h2を 4. とすると、光束 4に発生する光路長の差は 5. 91波長とな り、略 95%が透過し、波長 λが 655nmのとき、光束 5に発生する光路長の差は、 3. 55波長となり、光束 5は略 97. 5%回折し、同様に開口数 NA2に設定することができ る。なお、上記の説明では、回折開口素子 17の材料として BK7を例に説明したが、 材料は限定されるものではない。低コストで量産するには、榭脂材料を用いて成形す る方法が適している。また例えば、回折開口素子 17は、榭脂材料を加熱溶融し、金 型内に加圧注入し、固化させて成形を行うインジェクション 'モールド (射出成形）によ つて大量生産が可能であり、製造コストの大幅な低減が実現される。
[0036] このような回折開口素子 17による開口制限は、従来例のように、回折格子を光軸に 対して対称に形成すると、往路の光束を開口制限できても、光ディスク 51、 52、 53か らの反射光は、平面領域 17aを通る光束 6と同じ光路を通って、光検出器 20に入射 してしまう。本発明ではこれを解決するため、第 1の回折領域 17bでは、波長え 3の光 束 6を光軸に対して非対称に回折し、第 2の回折領域 17cでは、波長え 2、 λ 3の光 束 5、 6、または波長え 2の光束 5のみを光軸に対して非対称に回折するよう構成した 。これを図 5から図 7を用いて説明する。図 5は回折開口素子 17と対物レンズ 16の断 面図であり、光ディスク 53に収束する光束 6の伝搬を示す。図 6は回折開口素子 17 の正面図であり、回折格子のパターンを模式的に表している。また、図 7は回折開口 素子 17と対物レンズ 16の断面図であり、光ディスク 52に収束する光束 5の伝搬を示 す。
[0037] 図 6において、第 1の回折領域 17bは 2つの領域 17bl、 17b2に分割され、その回 折格子の方向は互いに直交し、第 2の回折領域 17cも 2つの領域 17cl、 17c2に分 割され、その回折格子の方向は互いに直交している。このため、領域 17blに入射し た光束 6は、回折開口素子 17の正面から見て A方向に回折して複数の次数の回折 光となり、領域 17b2に入射した光束 6は、 B方向に回折して複数の次数の回折光と なる。 A方向に回折した光束 6の内、例えば + 1次回折光 6aは、図 5に示すように、対 物レンズ 16を通って、光ディスク 53に到達し、光ディスク 53の情報記録面で反射し て、再び対物レンズ 16を通る。対物レンズ 16を出射した + 1次回折光 6bは、対物レ ンズ 16に入射する + 1次回折光 6aと概略並行になる。この + 1次回折光 6bが、領域 17b2に入射すると、領域 17blの回折方向と直交した B方向に回折するため、図 5の 断面図から見ると直進することになり、平面領域 17aを通る光束 6と同じ光路には戻ら ない。これは、領域 17blで発生する— 1次光についても、 +m次光、— m次光につ いても同様になり、平面領域 17aを通る光束 6と同じ光路に戻ることはない。
[0038] また、領域 17b2に入射した光束 6は、 B方向に回折して複数の次数の回折光となり 、各回折光は対物レンズ 16を通って、光ディスク 53で反射し、再び対物レンズ 16を 通って領域 17b 1に入射する。領域 17blに入射した各回折光は、 A方向に回折する ため、平面領域 17aを通る光束 6と同じ光路には戻らない。よって、波長え 3の光束 6 は、第 1の回折領域 17bで略 100%回折し、回折した光は光ディスク 53で反射して、 再び第 1の回折領域 17bで回折するが、その回折光は、光検出素子 20aに入射する ことはない。このため、本発明により光束 6を往路においても復路においても開口制 限することができる。
[0039] 次に、第 2の回折領域 17cにおいて、領域 17clに入射した光束 5および光束 6は、 第 1の回折領域 17bと同様に、回折開口素子 17の正面力も見て A方向に回折して複 数の次数の回折光となり、領域 17c2では B方向に回折して複数の次数の回折光とな る。図 7に示すように、 A方向に回折した光束 5の内、例えば + 1次回折光は、対物レ ンズ 16を通って、光ディスク 52で反射し、再び対物レンズ 16を通って、領域 17c2に 入射する。領域 17c2に入射した + 1次回折光は、 B方向に回折するため、平面領域 17aを通る光束 5と同じ光路は通らない。これは、領域 17clで発生する— 1次光につ いても、 +m次光、—m次光についても同様になり、平面領域 17aを通る光束 5と同じ 光路に戻ることはない。
[0040] また、領域 17c2に入射した光束 5は、 B方向に回折して複数の次数の回折光となり 、各回折光は対物レンズ 16を通って、光ディスク 52で反射し、再び対物レンズ 16を 通って領域 17c 1に入射する。領域 17clに入射した各回折光は、 A方向に回折する ため、平面領域 72aを通る光束 5と同じ光路には戻らない。これは、領域 17cl、 17c 2に入射した光束 6についても同様になる。よって、波長え 2の光束 5と波長え 3の光 束 6は、第 2の回折領域 17cで略 97%回折し、回折した光は、光ディスク 53で反射し て、再び第 2の回折領域 17cで回折するが、その回折光は、光検出素子 20aに入射 することはない。このため、光束 5、光束 6を往路においても復路においても開口制限 することができる。なお、前記のように開口数が NA2以上で、光束 6の球面収差が大 きくなり、回折開口素子 17による開口制限する必要がない場合は、第 2の回折領域 1 7cを、光束 5のみ開口数が NA2になるよう回折するよう構成してもよい。
[0041] 光束 5、光束 6が光軸に対して非対称に回折させるための回折格子は、図 8、図 9、 図 10に示すように構成してもよい。図 8、図 9、図 10は共に回折開口素子 17の正面 図であり、回折格子のパターンを模式的に表している。図 8において、第 1の回折領 域 17bは 2つの領域 17b3と 17b4に分割され、領域 17b3の回折格子は円周方向で あり、領域 17b4の回折格子は半径方向である。よって、領域 17b3に入射した光束 6 は、回折開口素子 17の正面力も見て C方向に回折し、光ディスクで反射した回折光 は、領域 17b4で D方向に回折するため、平面領域 17aを通る光束 6と同じ光路には 戻らない。よって、光束 6を往路も復路も開口制限することができる。また、第 2の回折 領域 17cも同様に、領域 17c3の回折格子は円周方向で、領域 17c4の回折格子は 半径方向であり、領域 17c3に入射した光束 5、 6は C方向に回折し、領域 17c4に入 射した光束 5、 6は D方向に回折するため、平面領域 17aを通る光束 5、 6と同じ光路 に戻ることはない。よって、光束 5と 6を往路も復路も開口制限することができる。
[0042] 次に、図 9において、第 1の回折領域 17bは 2つの領域 17b5と 17b6に分割され、 領域 17b5と 17b6の回折格子は、図示したような斜め方向で、互いに直交している。 領域 17b5に入射した光束 6は E方向に回折し、光ディスク 53で反射した回折光は、 領域 17b6で F方向に回折するため、回折光は、平面領域 17aを通る光束 6と同じ光 路には戻らず、光束 6を往路も復路も開口制限することができる。また、第 2の回折領 域 17cも同様であり、領域 17c5に入射した光束 5、 6は E方向に回折し、領域 17b6 に入射した光束 5、 6は F方向に回折するため、平面領域 17aを通る光束 5、 6と同じ 光路には戻らない。よって、光束 5と 6を往路も復路も開口制限することができる。
[0043] 次に、図 10において、第 1の回折領域 17bは 4つの領域 17b7から 17bl0に分割さ れ、光軸を挟んで向かい合う領域の回折格子は互いに直交しており、回折方向は G から Jのようになる。領域 17b7、 17b8に入射した光束 6は G方向と H方向に回折し、 光ディスク 53で反射した回折光は、それぞれ領域 17b9、 17bl0で I方向 ^[方向に 回折するため、平面領域 17aを通る光束 6と同じ光路にはならず、光束 6を往路も復 路も開口数 NA3に開口制限することができる。また、第 2の回折領域 17cも同様であ り、領域 17c7から 17cl0で回折した光束 5、 6は、平面領域 17aを通る光束 5、 6と同 じ光路には戻らず、光束 5と 6を往路も復路も開口制限することができる。このように 4 分割にすることにより、例えば図 6の領域 17blと 17b2の境界領域で回折した光の一 部が、平面領域 17aを通る光束 6と同じ光路に戻ることを防げる。なお、さらに分割数 を増やしてもよい。
[0044] また、本実施の形態では、回折方向を光軸を挟んで直交方向にした力 必ずしも直 交方向にする必要はなぐ平面領域 17aを通る光束 6と同じ光路に戻らな 、ように、 回折方向を設定すればよい。少なくとも、回折方向は光軸を挟んで対称であっては ならない。
[0045] 以上説明したように、波長 λ 1の光束 4は、鏡筒 18の開口部 18aで開口数 NA1に なるよう開口制限し、波長え 2の光束 5は回折開口素子 17の第 2の回折領域 17cで 開口数 NA2になるよう開口制限し、波長 λ 3の光束 6は回折開口素子 17の第 1の回 折領域 17bで開口数 ΝΑ3になるよう開口制限することにより、各光ディスク 51、 52、 53に収束する光束 4、 5、 6の開口数を設定することができる。
[0046] また、フォーカス検出は、非点収差法を例に説明した力 ナイフエッジ法やスポット サイズディテクシヨン法等その他の方式でもよぐトラッキング検出は DPP法を例に説 明したが、位相差法やプッシュプル法あるいはその他の方式でもよい。さらに、本実 施形態では、光ディスク 51、 52、 53の保護層厚の違いにより発生する球面収差を、 ホログラムの回折光を利用して補正した力 レンズの組み合わせによる補正、発散光 による補正等を用いてもよい。
[0047] 本実施の形態では、図 5に示すように、回折開口素子 17を対物レンズ 16と別体に 構成し、光源 1、 2、 3と対物レンズ 16との光路中であって、対物レンズ 16の近傍の位 置に配置した力 本実施の形態はこの構成に限るものではない。対物レンズ 16の表 面上に回折開口素子 17を形成しても良 、。
[0048] 本実施の形態によれば、波長の異なる複数の光束を用いて複数の光ディスクを記 録 Z再生する光ピックアップにおいて、回折開口素子を用いて、各光ディスクに収束 する光束の開口数を設定し、十分な開口性能を確保することができる。この回折開口 素子は、インジェクションで多量に作製することができるため、安価で実用的な光ピッ ク ップを供給することができる。
(実施の形態 2)
図 11は本発明の実施の形態 2における回折開口素子の断面図であり、光軸力 一 端までの拡大図を示す。図 11において、回折開口素子 21には、 2つの面 211、 212 に回折領域が設けられている。一方の面 211は、半径 R1の内側に平面領域 21aが あり、半径 R1の外側に回折格子の深さが hiの第 1の回折領域 21bが設けられ、他方 の面 212は、半径 R2の内側に平面領域 21cがあり、半径 R2の外側に回折格子の深 さが h2の第 2の回折領域 21dが設けられている。すなわち、面 211には、光軸を中心 とする内半径 Rl、回折格子の深さ hiの環状の第 1の回折領域 21bが形成される。ま た、第 1の回折領域 21bの外半径は R2 (R2>R1)以上である。一方、面 212には、 光軸を中心とする内半径 R2、回折格子の深さ h2の第 2の回折領域 21dが形成され る。そして、半径 R1を通る波長え 3の光が開口数 NA3で光ディスク 53に収束し、半 径 R2を通る波長 λ 2の光が開口数 ΝΑ2で光ディスク 52に収束する。また、光ピック アップの構成は、実施の形態 1の回折開口素子 17を、図 11の回折開口素子 21に置 き換えたものであり、動作は同じである。つまり、図 1の青色レーザ 1から出射した波長 λ 1の光束 4は、本実施の形態の回折開口素子 21を透過し、開口 18aで開口制限さ れ、対物レンズ 16により、保護層厚 tlを通して光ディスク 51の情報記録面に開口数 NA1で収束される。また、赤色レーザ 2から出射した波長え 2の光束 5は、本実施の 形態の回折開口素子 21で開口制限され、対物レンズ 16により、保護層厚 t2を通し て光ディスク 52の情報記録面に開口数 NA2で収束する。赤外レーザ 3から出射した 波長 λ 3の光束 6は、本実施の形態の回折開口素子 21で開口制限され、対物レンズ 16により、光ディスク 53の情報記録面に開口数 ΝΑ3で収束する。光ディスク 51、 52 、 53で反射した光束は、光検出器 20で受光され、情報信号を得る。また、対物レン ズ 16はホログラム 16aの回折を利用することにより、光束 4を保護層厚 tlを通して、光 ディスク 51の情報記録面に良好な光スポットを形成し、前記光束 5を保護層厚 t2を 通して、光ディスク 52の情報記録面に良好な光スポットを形成し、前記光束 6を、保 護層厚 t3を通して、光ディスク 53の情報記録面に良好な光スポットを形成することが できる。
[0050] 次に、図 11を用いて回折開口素子 21の働きを説明する。図 11において、第 1の回 折領域 21bを通る光束の光路長の差を、波長 λ 1とえ 2の整数倍とし、波長 λ 3の整 数倍 +半波長にして、波長 λ 1の光束 4と波長 λ 2の光束 5を透過し、波長 λ 3の光 束 6を回折する。光束 6を回折させることにより、開口制限して開口数 ΝΑ3に設定す ることができる。回折開口素子 21の材料を ΒΚ7とし、回折格子の深さ hiを、実施の 形態 1の第 1の回折領域 17bの回折格子の深さと同じ 3. とすると、実施の形 態 1と同様に、波長えが 405nmのとき、光路長の差は 5波長で、 0波長と等価になり 、波長えが 655nmのとき、光路長の差は 3波長で、 0波長と等価になる。よって図 4よ り、波長え 1の光束 4と波長 λ 2の光束 5は 100%近く透過する。一方、波長 λが 780 nmのときは、光路長の差は 2. 5波長で、 0. 5波長と等価になり、波長え 3の光束 6は 100%近く回折し 0次光は透過しないため、光束 6を開口数 NA3に開口制限するこ とがでさる。
[0051] 次に、第 2の回折領域 21dの光路長の差を、波長 λ 1の整数倍とし、波長 λ 2の整 数倍 +半波長とすれば、波長 λ 1の光束 4を透過し、波長 λ 2の光束 5を回折するこ とができる。光束 5を回折させることにより、光束 5を開口数 ΝΑ2に開口制限すること ができる。実施の形態 1の第 2の回折領域 17cと同様に回折格子の深さ h2を 0. 70 /z mとすると、波長え力 S405nmのとき、光路長の差は 0. 92波長となり、図 4より波長 λ 1の光束 4は略 95%透過する。一方、波長え力 55nmのとき、光路長の差は 0. 5 5波長となり、波長え 2の光束 5は略 97. 5%回折し、開口数 NA2に開口制限するこ とができる。第 2の回折領域 21dでは、波長え 2の光束 5を同時に 100%回折すること はできず、 2〜3%は 0次光として透過する力 実用上問題はない。
[0052] さらに、実施の形態 1と同様に、第 2の回折領域 21dの回折格子の深さ h2を 3. 12 mとすると、波長 λ 1の光束 4に発生する光路長の差は 0. 08波長と等価になり、 略 95%透過し、波長え 2の光束 5に発生する位相段差は 0. 45波長と等価になり、 略 97. 5%回折し、開口数 ΝΑ2に開口制限することができる。また、回折格子の深さ h2を 4. 52 mとすると、波長 λ ΐの光束 4に発生する光路長の差は 0. 9波長と等価 になり、略 95%透過し、波長え 2の光束 5に発生する光路長の差は 0. 55波長になり 、略 97. 5%回折し、開口数 NA2に開口制限することができる。
[0053] なお、上記の説明では、回折開口素子 21の材料として BK7を例に説明した力 実 施の形態 1と同様に材料は限定されるものではない。
[0054] 第 1の回折領域 21bは、波長 λ 3の光束 6を光軸に対して非対称に回折し、第 2の 回折領域 21dでは、波長 λ 2の光束 5を光軸に対して非対称に回折するよう構成して いる。これを図 12と図 13を用いて説明する。図 12と図 13は回折開口素子 21の面 21 1と面 212の正面図であり、回折格子のパターンを模式的に表している。図 12におい て、第 1の回折領域 21bは 2つの領域 21blと 21b2に分割され、その回折格子の方 向は図 12に示すように、互いに直交している。領域 21blに入射した光束 6は、面 21 1の正面から見て A方向に回折して複数の次数の回折光となり、対物レンズ 16を通 つて、光ディスク 53で反射され、再び対物レンズ 16を通って、領域 21b2に入射する 力 領域 21b2は、領域 21blに対して回折方向が直交しているため、平面領域 21a を通る光束 6と同じ光路には戻らない。領域 21b2に入射し光束 6は、 B方向に回折し 複数の次数の回折光となり、光ディスク 53で反射して、領域 21blに入射するが、回 折方向が直交しているため、同様に、平面領域 21aを通る光束 6と同じ光路には戻ら ない。
[0055] また、図 13において第 2の回折領域 21dは 2つの領域 21dlと 21d2に分割され、そ の回折格子の方向は図に示すように、互いに直交している。領域 21dlに入射した光 束 5は、面 212の正面力も見て A方向に回折して複数の次数の回折光となり、対物レ ンズ 16を通って、光ディスク 52で反射され、再び対物レンズ 16を通って、領域 21d2 に入射する力 領域 21d2は、領域 21dlに対して回折方向が直交しているため、平 面領域 21cを通る光束 5と同じ光路には戻らない。領域 21d2に入射し光束 5は、 B方 向に回折し複数の次数の回折光となり、光ディスク 52で反射して、領域 21dlに入射 するが、回折方向が直交しているため、同様に、平面領域 21cを通る光束 5と同じ光 路には戻らない。
[0056] 本実施の形態では、光束 6と光束 5の回折領域を分けているため、それぞれに適し た光路長の差を与えることができる。上記説明で、光束 5の回折効率は略 97. 5%と したが、光路長の差を半波長にすることで、 100%近く回折させることができる。
[0057] 以上説明したように、本発明により、光ディスク 52、 53への収束する光束 5、 6と、光 ディスク 52、 53からの反射した光束 5、 6をともに開口制限できるようにした。また、非 対称に回折するための回折格子は、実施の形態 1の図 8、 9、 10で説明したようなパ ターンでもよい。回折方向を光軸を挟んで直交方向にしたが、必ずしも直交方向に する必要はなぐ平面領域 21a、 21cを通る光束 6、 5と同じ光路に戻らないように、回 折方向を設定すればよい。
[0058] このように、波長 λ 1の光束 4は、鏡筒 18の開口部 18aで開口数 NA1になるよう開 口制限し、波長 λ 2の光束 5は回折開口素子 21の第 2の回折領域 21dで開口数 ΝΑ 2になるよう開口制限し、波長え 3の光束 6は回折開口素子 21の第 1の回折領域 2 lb で開口数 NA3になるよう開口制限することにより、各光ディスク 51、 52、 53に収束す る光束 4、 5、 6の開口数を設定することができる。
[0059] 本実施の形態においても、上記の実施の形態 1と同様、回折開口素子 21を、対物 レンズ 16と別体に構成しても良いし、対物レンズ 16の表面上に形成しても良い。
[0060] 以上、本実施の形態によれば、波長の異なる複数の光束を用いて複数の光デイス クを記録 Z再生する光ピックアップにおいて、回折開口素子を用いて、各光ディスク に収束する光束の開口数を設定し、十分な開口性能を確保することができる。この回 折開口素子は、インジェクションで多量に作製することができるため、安価で実用的 な光ピックアップを供給することができる。
[0061] (実施の形態 3)
図 14は、実施の形態 1又は実施の形態 2の光ピックアップを用いた光ディスク装置 の概略構成図である。光ディスク装置 107は、駆動装置 101、光ヘッド 102、電気回 路 103、モータ 104及びターンテーブル 105を備える。図 14において光ディスク 100 は、ターンテーブル 105に搭載され、モータ 104によって回転される。実施の形態 1 又は 2に示した光ピックアップ 102は、光ディスク 100の所望の情報の存在するトラッ クのところまで、駆動装置 101によって移送される。
[0062] 光ピックアップ 102は、光ディスク 100との位置関係に対応して、フォーカスエラー 信号やトラッキングエラー信号を電気回路 103へ送る。電気回路 103はこの信号に 対応して、光ピックアップ 102へ、対物レンズを駆動させるための信号を送る。この信 号によって、光ピックアップ 102は、光ディスク 100に対してフォーカス制御とトラツキ ング制御とを行い、情報の読み出し、書き込み又は消去を行う。
[0063] 以上の説明において、搭載する光ディスク 100は、保護層厚が tl、 t2、 t3のいずれ かの光ディスクである。本実施の形態の光ディスク装置 107は、実施の形態 1又は実 施の形態 2の光ピックアップを用いるので、 1つの光ピックアップにより、記録密度の 異なる複数の光ディスクに対応することができる。
[0064] (実施の形態 4)
本実施の形態は、前記実施の形態 3に係る光ディスク装置 107を具備したコンビュ ータの実施の形態である。図 15は、本実施の形態に係るコンピュータの斜視図であ る。図 15に示したコンピュータ 109は、実施の形態 3に係る光ディスク装置 107と、情 報の入力を行うためのキーボード 111とマウス 112などの入力装置 116と、入力装置 116から入力された情報や、光ディスク装置 107から読み出した情報などに基づいて 演算を行う CPUなどの演算装置 108と、演算装置 108によって演算された結果の情 報を表示するブラウン管や、液晶表示装置などの出力装置 110とを備えて 、る。
[0065] なお、コンピュータ 109は、入力装置 116及び出力装置 110を備えず、光ディスク 装置 107及び演算装置 108のみを備える構成であってもよい。また、コンピュータ 10 9は、光ディスク装置 107に記録する情報を取り込んだり、光ディスク装置 107によつ て読み出した情報を外部に出力する有線または無線の入出力端子を搭載してもよい
[0066] 本実施の形態に係るコンピュータ 109は、前記実施形態 3に係る光ディスク装置 10 7を具備しており、異なる種類の光ディスクを安定に記録又は再生できるので、広い 用途に使用できる。
[0067] (実施の形態 5)
本実施の形態は、前記実施の形態 3に係る光ディスク装置 107を具備した光デイス クレコーダの実施の形態である。図 16は、本実施の形態に係る光ディスクレコーダの 斜視図である。図 16に示した光ディスクレコーダ 115は、実施の形態 3に係る光ディ スク装置 107と、画像信号を光ディスク装置 107によって、光ディスクへ記録する情報 信号に変換する記録信号処理回路 113を備えている。
[0068] 光ディスクレコーダ 115は、光ディスク装置 107から得られる情報信号を、画像信号 に変換する再生信号処理回路 114も有することが望ましい。この構成によれば、既に 記録した部分を再生することも可能となる。さらに、情報を表示するブラウン管、液晶 表示装置などの出力装置 110を備えてもよい。
[0069] 本実施の形態に係る光ディスクレコーダ 115は、前記実施形態 3に係る光ディスク 装置 107を具備しており、異なる種類の光ディスクを安定に記録又は再生できるので
、広い用途に使用できる。
[0070] なお、上述した具体的実施の形態には以下の構成を有する発明が主に含まれてい る。
[0071] 本発明の望ましい第 1の構成に係る光ピックアップは、波長 λ 1の光を出射する第 1 の光源と、波長 λ 2の光を出射する第 2の光源と、波長 λ 3の光を出射する第 3の光 源と、保護層厚 tlの第 1の光ディスクに対しては波長 λ 1の光を収束し、保護層厚 t2 の第 2の光ディスクに対しては波長 λ 2の光を収束し、保護層厚 t3の第 3の光デイス クに対しては波長 λ 3の光を収束する対物レンズと、光ディスクからの反射光を検出 する光検出器と、光源からの出射光と光ディスクからの反射光とを透過又は回折させ る回折開口素子とを備え、前記回折開口素子は、光軸を中心とする内半径力 1で、 外半径力 2 (R2>R1)以上である環状の第 1の回折領域と、前記光軸を中心とする 内半径力 2である環状の第 2の回折領域と、を有し、前記第 1の回折領域は、波長 λ 1の光と波長 λ 2の光とを透過させ、波長 λ 3の光の回折方向が前記光軸に対して 非対称となるように構成され、前記第 2の回折領域は、波長 λ 1の光を透過させ、波 長 λ 2の光の回折方向が前記光軸に対して非対称となるように構成される。
[0072] 上記の光ピックアップでは、 3波長 λ 1、え 2、 λ 3を用いた光学系において、回折 開口素子の第 1及び第 2の回折領域の回折方向を光軸に対して非対称になるよう構 成することにより、光源力 の出射光も光ディスク力 の反射光も開口制限することが できる。
[0073] 上記の光ピックアップにぉ 、て、前記第 1及び第 2の回折領域は、前記回折開口素 子の一方の面に形成されており、前記第 1の回折領域の前記光軸を中心とする外半 径は R2であることが望まし 、。
[0074] この構成によれば、回折開口素子の開口制限により発生した回折光力 光ディスク 力 反射して再び回折開口素子で回折しても、開口内を通る光と同じ光路にならず、 回折光が光検出器で受光されることはない。
[0075] 上記の光ピックアップにおいて、前記第 1の回折領域は、前記回折開口素子の一 方の面に形成されており、前記第 2の回折領域は、前記回折開口素子の他方の面に 形成されて ヽることが望ま ヽ。
[0076] この構成によれば、回折開口素子の開口制限により発生した回折光力 光ディスク で反射して再び回折開口素子で回折しても、開口内を通る光と同じ光路にならず、 回折光が光検出器で受光されることはない。また、第 1の回折領域と第 2の回折領域 を異なる面に形成するので、 λ 2とえ 3の光を各々最適に回折させることができる。
[0077] 上記の光ピックアップにぉ 、て、前記回折開口素子は、前記対物レンズと別体で構 成されることが望ましい。
[0078] この構成によれば、回折開口素子を大量生産することができ、生産コストの低減を 図ることができる。
[0079] 上記の光ピックアップにおいて、前記対物レンズが、前記第 1の光ディスクに対して は波長 λ 1の光を開口数 NA1で収束し、前記第 2の光ディスクに対しては波長 λ 2 の光を開口数 ΝΑ2で収束し、前記第 3の光ディスクに対しては波長 λ 3の光を開口 数 ΝΑ3で収束するとき、前記第 1の回折領域の内半径 R1の円周上の位置を通る波 長 λ 3の光が開口数 ΝΑ3に相当し、前記第 2の回折領域の内半径 R2の円周上の位 置を通る波長 λ 2の光が開口数 ΝΑ2に相当することが望ま U、。
[0080] この構成によれば、第 1の回折領域で波長 λ 3の光の開口数を ΝΑ3とし、第 2の回 折領域で波長 λ 2の光の開口数を ΝΑ2となるように開口制限することができる。
[0081] 上記の光ピックアップにおいて、前記開口数 ΝΑ1、 ΝΑ2及び ΝΑ3は、 NA1 >ΝΑ 2>ΝΑ3の関係にあることが望ましい。
[0082] この構成によれば、対物レンズの開口数が異なる光ディスクのそれぞれの光の開口 制限を行うことができる。
[0083] 上記の光ピックアップにおいて、前記開口数 NA1は 0. 85であり、前記開口数 ΝΑ 2は 0. 6から 0. 65であり、前記開口数 NA3は 0. 45力ら 0. 5であることが望ましい。
[0084] この構成によれば、対物レンズの開口数の異なる CD、 DVD及び BDのそれぞれの 光の開口制限を行うことができる。
[0085] 上記の光ピックアップにおいて、前記第 1の回折領域は、回折格子の方向により複 数の第 1の領域に分割され、当該分割された第 1の領域の回折格子の方向が、前記 光軸を挟んで対称位置にある第 1の領域の回折格子の方向と異なるように構成され 、前記第 2の回折領域は、回折格子の方向により複数の第 2の領域に分割され、当 該分割された第 2の領域の回折格子の方向が、前記光軸を挟んで対称位置にある 第 2の領域の回折格子の方向と異なるように構成されることが望ましい。
[0086] この構成によれば、光源力 の光が回折開口素子で回折したときの回折方向と、光 ディスクからの反射光が再び回折開口素子で回折したときの回折方向とがー致しな いため、回折光が光検出器に受光されることはない。
[0087] 上記の光ピックアップにおいて、前記第 1の回折領域は、前記第 1の領域の回折格 子の方向が、前記光軸を挟んで対称位置にある第 1の領域の回折格子の方向と直 交するように構成され、前記第 2の回折領域は、前記第 2の領域の回折格子の方向 力 前記光軸を挟んで対称位置にある第 2の領域の回折格子の方向と直交するよう に構成されることが望ましい。
[0088] この構成によれば、光源力 の光が回折開口素子で回折したときの回折方向と、光 ディスクからの反射光が再び回折開口素子で回折したときの回折方向とが直交する ため、回折光が光検出器に受光されることはない。
[0089] 上記の光ピックアップにお!、て、前記回折開口素子は、前記回折開口素子の波長 λ 3の光に対する屈折率を η3、前記第 1の回折領域の回折格子の深さを hiとすると さ、
k3=hl X (η3- 1) / λ 3
2. 4≤k3≤2. 6
の関係を満たすように構成されることが望まし ヽ。
[0090] この構成によれば、前記第 1の回折領域を通る波長 λ 1とえ 2の光束を透過し、波 長 λ 3の光束を回折させることができる。 [0091] 上記の光ピックアップにお!、て、前記回折開口素子は、前記回折開口素子の波長 λ 2の光に対する屈折率を η2、前記第 2の回折領域の回折格子の深さを h2とすると さ、
Figure imgf000029_0001
0. 4≤k2≤0. 6
の関係を満たすように構成されることが望まし ヽ。
[0092] この構成によれば、前記第 2の回折領域を通る波長 λ 1の光束を透過し、波長え 2 と λ 3の光束を回折させることができる。
[0093] 上記の光ピックアップにお!、て、前記回折開口素子は、前記回折開口素子の波長 λ 2の光に対する屈折率を η2、前記第 2の回折領域の回折格子の深さを h2とすると さ、
Figure imgf000029_0002
2. 4≤k2≤2. 6
の関係を満たすように構成されることが望ま ヽ。
[0094] この構成によれば、前記第 2の回折領域を通る波長 λ 1の光束を透過し、波長え 2 の光束を回折させることができる。
[0095] 上記の光ピックアップにお!、て、前記回折開口素子は、前記回折開口素子の波長 λ 2の光に対する屈折率を η2、前記第 2の回折領域の回折格子の深さを h2とすると さ、
Figure imgf000029_0003
3. 4≤k2≤3. 6
の関係を満たすように構成されることが望ま ヽ。
[0096] この構成によれば、前記第 2の回折領域を通る波長 λ 1の光束を透過し、波長え 2 の光束を回折させることができる。
[0097] 上記の光ピックアップにおいて、前記保護層の厚み tl、 t2及び t3は、 tl<t2<t3 の関係にあることが望ま 、。
[0098] この構成によれば、保護層の厚みの異なる光ディスクを記録 Z再生することができ る。 [0099] 上記の光ピックアップにおいて、前記保護層の厚み tlが略 0. 075mmあるいは略
0. 1mmであり、前記保護層の厚み t2が略 0. 6mmであり、前記保護層の厚み t3が 略 1. 2mmであることが望ましい。
[0100] この構成によれば、保護層の厚みの異なる BDと DVDおよび CD用の光ディスクを 記録 Z再生することができる。
[0101] 上記の光ピックアップにおいて、前記波長 λ 1は 390nm力ら 420nmの波長帯域に あり、前記波長 λ 2ίま 640nm力ら 680nmの波長帯域にあり、前記波長 λ 3ίま 750η mから 830nmの波長帯域にあることが望まし!/、。
[0102] この構成によれば、波長の異なる Dと DVDおよび CD用の光ディスクを記録 Z再生 することができる。
[0103] 本発明の望ましい第 2の構成に係る光ディスク装置は、上記のいずれかの光ピック アップと、光ディスクを回転するモータと、前記光ピックアップ力 得られる信号に基 づいて、前記モータ、前記光ピックアップに用いた光学レンズ及び、前記光ピックアツ プに用いた光源の少なくとも ヽずれかを制御及び駆動する電気回路とを備える。
[0104] 上記の光ディスク装置では、モータによって、第 1の光ディスク、第 2の光ディスク及 び第 3の光ディスクが回転され、電気回路によって、光ヘッドから得られる信号に基づ いて、モータ、光ヘッドに用いた光学レンズ、及び光ヘッドに用いた光源の少なくとも 1つが制御及び駆動されるので、上記の光ヘッドを光ディスク装置に適用することが できる。
[0105] 本発明の望ましい第 3の構成に係るコンピュータは、上記の光ディスク装置と、入力 された情報及び前記光ディスク装置力 再生された情報の少なくともいずれかに基 づいて演算を行う演算装置と、前記入力された情報、前記光ディスク装置から再生さ れた情報及び前記演算装置によって演算された結果の少なくともいずれかを出力す る出力装置とを備える。
[0106] 上記のコンピュータでは、演算装置によって、入力装置又は入力端子から入力され た情報及び光ディスク装置力も再生された情報の少なくともいずれかに基づいて演 算が行われ、出力装置又は出力端子によって、入力装置又は入力端子から入力さ れた情報、光ディスク装置から再生された情報及び演算装置によって演算された結 果の少なくともいずれかが出力されるので、上記の光ヘッドを備える光ディスク装置を コンピュータに適用することができる。
[0107] 本発明の望ましい第 4の構成に係る光ディスクレコーダは、上記の光ディスク装置と 、画像情報を前記光ディスク装置に記録する信号に変換する記録用信号処理回路と 、前記光ディスク装置力 得られる信号を画像情報に変換する再生用信号処理回路 とを備える。
[0108] 上記の光ディスクレコーダでは、記録用信号処理回路によって、画像情報が光ディ スク装置に記録する信号に変換され、再生用信号処理回路によって、光ディスク装 置カゝら得られる信号が画像情報に変換されるので、上記の光ヘッドを備える光デイス ク装置を光ディスクレコーダに適用することができる。
産業上の利用可能性
[0109] 本発明に係る光ピックアップは、異なる種類の光ディスクの互換再生や互換記録を 1つの対物レンズを用いて実現し、光ディスクが異なっても最適な開口数に設定でき 、安定した情報の再生又は記録ができる。よって、この応用機器である光ディスク装 置、コンピュータ、光ディスクレコーダなどに適している。

Claims

請求の範囲
[1] 波長 λ 1の光を出射する第 1の光源と、
波長 λ 2の光を出射する第 2の光源と、
波長 λ 3の光を出射する第 3の光源と、
保護層厚 tlの第 1の光ディスクに対しては波長 λ 1の光を収束し、保護層厚 t2の第 2 の光ディスクに対しては波長 λ 2の光を収束し、保護層厚 t3の第 3の光ディスクに対 しては波長 λ 3の光を収束する対物レンズと、
光ディスクからの反射光を検出する検出器と、
光源からの出射光と光ディスクからの反射光とを透過又は回折させる回折開口素子 と
を備え、
前記回折開口素子は、
光軸を中心とする内半径カ¾1で、外半径力 2 (R2>R1)以上である環状の第 1の 回折領域と、
前記光軸を中心とする内半径力 ¾2である環状の第 2の回折領域と、を有し、 前記第 1の回折領域は、波長 λ 1の光と波長 λ 2の光とを透過させ、波長 λ 3の光の 回折方向が前記光軸に対して非対称となるように構成され、
前記第 2の回折領域は、波長 λ 1の光を透過させ、波長 λ 2の光の回折方向が前記 光軸に対して非対称となるように構成されたことを特徴とする光ピックアップ。
[2] 前記第 1及び第 2の回折領域は、前記回折開口素子の一方の面に形成されており 前記第 1の回折領域の前記光軸を中心とする外半径は R2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。
[3] 前記第 1の回折領域は、前記回折開口素子の一方の面に形成されており、前記第
2の回折領域は、前記回折開口素子の他方の面に形成されていることを特徴とする 請求項 1に記載の光ピックアップ。
[4] 前記回折開口素子は、前記対物レンズと別体で構成されたことを特徴とする請求 項 1〜3のいずれかに記載の光ピックアップ。
[5] 前記対物レンズが、前記第 1の光ディスクに対しては波長 λ 1の光を開口数 NA1で 収束し、前記第 2の光ディスクに対しては波長 λ 2の光を開口数 ΝΑ2で収束し、前記 第 3の光ディスクに対しては波長 λ 3の光を開口数 ΝΑ3で収束するとき、
前記第 1の回折領域の内半径 R 1の円周上の位置を通る波長 λ 3の光が開口数 ΝΑ 3に相当し、前記第 2の回折領域の内半径 R2の円周上の位置を通る波長え 2の光が 開口数 ΝΑ2に相当することを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の光ピック アップ。
[6] 前記開口数 ΝΑ1、 ΝΑ2及び ΝΑ3は、 NA1 >ΝΑ2>ΝΑ3の関係にあることを特徴 とする請求項 5に記載の光ピックアップ。
[7] 前記開口数 NA1は 0. 85であり、前記開口数 ΝΑ2は 0. 6から 0. 65であり、前記開 口数 ΝΑ3は 0. 45から 0. 5であることを特徴とする請求項 6に記載の光ピックアップ。
[8] 前記第 1の回折領域は、回折格子の方向により複数の第 1の領域に分割され、当該 分割された第 1の領域の回折格子の方向が、前記光軸を挟んで対称位置にある第 1 の領域の回折格子の方向と異なるように構成され、
前記第 2の回折領域は、回折格子の方向により複数の第 2の領域に分割され、当該 分割された第 2の領域の回折格子の方向が、前記光軸を挟んで対称位置にある第 2 の領域の回折格子の方向と異なるように構成されたことを特徴とする請求項 1〜7の V、ずれかに記載の光ピックアップ。
[9] 前記第 1の回折領域は、前記第 1の領域の回折格子の方向が、前記光軸を挟んで 対称位置にある第 1の領域の回折格子の方向と直交するように構成され、 前記第 2の回折領域は、前記第 2の領域の回折格子の方向が、前記光軸を挟んで 対称位置にある第 2の領域の回折格子の方向と直交するように構成されたことを特徴 とする請求項 8に記載の光ピックアップ。
[10] 前記回折開口素子は、前記回折開口素子の波長え 3の光に対する屈折率を η3、前 記第 1の回折領域の回折格子の深さを hiとするとき、
k3=hl X (η3- 1) / λ 3
2. 4≤k3≤2. 6
の関係を満たすように構成されたことを特徴とする請求項 1〜9のいずれかに記載の 光ピックアップ。
[11] 前記回折開口素子は、前記回折開口素子の波長え 2の光に対する屈折率を n2、前 記第 2の回折領域の回折格子の深さを h2とするとき、
Figure imgf000034_0001
0. 4≤k2≤0. 6
の関係を満たすように構成されたことを特徴とする請求項 1〜9のいずれかに記載の 光ピックアップ。
[12] 前記回折開口素子は、前記回折開口素子の波長 λ 2の光に対する屈折率を η2、 前記第 2の回折領域の回折格子の深さを h2とするとき、
Figure imgf000034_0002
2. 4≤k2≤2. 6
の関係を満たすように構成されたことを特徴とする請求項 1〜9のいずれかに記載の 光ピックアップ。
[13] 前記回折開口素子は、前記回折開口素子の波長 λ 2の光に対する屈折率を η2、 前記第 2の回折領域の回折格子の深さを h2とするとき、
Figure imgf000034_0003
3. 4≤k2≤3. 6
の関係を満たすように構成されたことを特徴とする請求項 1〜9のいずれかに記載の 光ピックアップ。
[14] 前記保護層の厚み tl、 t2及び t3は、 tl < t2< t3の関係にあることを特徴とする請求 項 1〜13のいずれかに記載の光ピックアップ。
[15] 前記保護層の厚み tlが略 0. 075mmあるいは略 0. 1mmであり、前記保護層の厚 み t2が略 0. 6mmであり、前記保護層の厚み t3が略 1. 2mmであることを特徴とする 請求項 14に記載の光ピックアップ。
[16] 前記波長 λ 1は 390nm力ら 420nmの波長帯域にあり、前記波長 λ 2は 640nmから
680nmの波長帯域にあり、前記波長え 3は 750nmから 830nmの波長帯域にあるこ とを特徴とする請求項 1〜15のいずれかに記載の光ピックアップ。
[17] 請求項 1〜16のいずれかに記載の光ピックアップと、 光ディスクを回転するモータと、
前記光ピックアップから得られる信号に基づいて、前記モータ、前記光ピックアップに 用いた光学レンズ及び、前記光ピックアップに用いた光源の少なくとも 、ずれかを制 御及び駆動する電気回路と
を備えることを特徴とする光ディスク装置。
[18] 請求項 17に記載の光ディスク装置と、
入力された情報及び前記光ディスク装置から再生された情報の少なくともいずれか に基づ!/、て演算を行う演算装置と、
前記入力された情報、前記光ディスク装置から再生された情報及び前記演算装置に よって演算された結果の少なくともいずれかを出力する出力装置と
を備えることを特徴とするコンピュータ。
[19] 請求項 17に記載の光ディスク装置と、
画像情報を前記光ディスク装置に記録する信号に変換する記録用信号処理回路と、 前記光ディスク装置力 得られる信号を画像情報に変換する再生用信号処理回路と を備えることを特徴とする光ディスクレコーダ。
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