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JP2007242115A - 光ピックアップ装置 - Google Patents

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JP2007242115A JP2006061081A JP2006061081A JP2007242115A JP 2007242115 A JP2007242115 A JP 2007242115A JP 2006061081 A JP2006061081 A JP 2006061081A JP 2006061081 A JP2006061081 A JP 2006061081A JP 2007242115 A JP2007242115 A JP 2007242115A
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Abstract

【課題】温度変化に関わらず、異なる種類の光情報記録媒体に対して互換可能に情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置を提供する。
【解決手段】波長λ1の光束が対物レンズOBJの光学面を通過した際における色収差量ΔfBが所定の範囲内にあれば、屈折面のみからなる一般的な対物レンズOBJと同等又はそれ以下の色収差となるから、回折構造に色収差を抑制する機能を持たせる必要がなくなり、回折構造の輪帯数を抑えることができる。従って、一般的な樹脂素材を用いて対物レンズを形成し、温度変化に対して発振波長変化を生ずる半導体レーザを用いた場合には、温度変化に起因した球面収差劣化を効果的に抑制できる。
【選択図】図1

Description

本発明は、光ピックアップ装置に関し、特に異なる光情報記録媒体に対して互換可能に情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置に関する。
近年、波長400nm程度の青紫色半導体レーザを用いて、情報の記録及び/又は再生(以下、「記録及び/又は再生」を、「記録/再生」と記載する)を行える高密度光ディスクシステムの研究・開発が急速に進んでいる。一例として、NA0.85、光源波長405nmの仕様で情報記録/再生を行う光ディスク、いわゆるBlu−ray Disc(以下、BDという)では、DVD(NA0.6、光源波長650nm、記憶容量4、7GB)と同じ大きさである直径12cmの光ディスクに対して、1層あたり23〜27GBの情報の記録が可能であり、又、NA0.65、光源波長405nmの仕様で情報記録/再生を行う光ディスク、いわゆるHD DVD(以下、HDという)では、直径12cmの光ディスクに対して、1層あたり15〜20GBの情報の記録が可能である。以下、本明細書では、このような光ディスクを「高密度光ディスク」と呼ぶ。
一方、高密度光ディスクに対してのみ情報の記録/再生ができると言うだけでは、光ディスクプレーヤやレコーダといった製品(以下、光ディスクプレーヤ/レコーダという)としての価値は十分なものとはいえない場合がある。現在において、多種多様な情報を記録したDVDやCD(コンパクトディスク)が販売されている現実をふまえると、例えばユーザが所有しているDVDやCDに対しても同様に適切に情報の記録/再生ができるようにすることが、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ/レコーダとしての商品価値を高める。このような背景から、高密度光ディスク用の光ディスクプレーヤ/レコーダ等に搭載される光ピックアップ装置は、高密度光ディスクとDVDやCDに対しても適切に情報を記録/再生できる性能を有することが望まれる。
ここで、高密度光ディスクとDVDやCDに対しても互換性を維持しながら適切に情報を記録及び/又は再生できるようにする手法として、高密度光ディスク用の光学系とDVDやCD用の光学系とを情報を記録及び/又は再生する光ディスクの記録密度に応じて選択的に切り替えるものが考えられるが、複数の光学系が必要となるので、小型化に不利であり、またコストが増大する。
そこで、光ピックアップ装置の構成を簡素化し低コスト化を図るために、互換性を有する光ピックアップ装置においても、高密度光ディスク用の光学系とDVDやCD用の光学系とを可能な限り共通化して、光ピックアップ装置を構成する光学部品点数を極力減らすのが好ましいといえる。又、光ディスクに対向して配置される対物光学系を共通化することが光ピックアップ装置の構成の簡素化、低コスト化に最も有利となる。
ところで、低コスト且つ軽量な光ピックアップ装置を提供するために、光学素子に安価で軽量な樹脂素材を用いる場合がある。かかる場合の一つの問題は、一般的に樹脂素材が温度変化に対する屈折率変化が大きく、温度変化に起因して顕著な球面収差劣化が生じるということである。これに対し、特許文献1には、温度変化が生じたときに、変形したコリメートレンズから出射する光束を発散光又は収束光として対物レンズに入射させ、それによりアンダーもしくはオーバーの球面収差を発生させることで、温度変化に起因する球面収差劣化を抑えるようにした光ピックアップ装置が開示されている。
特開2001−23228号公報
しかるに、特許文献1の技術では、半導体レーザの環境温度変化による発振波長変化については考慮していない。光ピックアップ装置に用いられる半導体レーザの中には、0.05(nm/℃)前後の温度特性を有するものもあり、そのような半導体レーザを用いた場合には、温度変化に起因する発振波長変化が生じたときに、特許文献1の技術では球面収差が残る恐れがある。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、温度変化に関わらず、異なる種類の光情報記録媒体に対して互換可能に情報の記録及び/又は再生を行える光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の光ピックアップ装置は、波長λ1(nm)の第1光源と、波長λ2(nm)(λ1<λ2)の第2光源と、カップリングレンズ及び対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第1光源からの光束を、厚さt1の保護層を介して第1光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっており、又、前記第2光源からの光束を、厚さt2(t1≦t2)の保護層を介して第2光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、
前記第1光源と前記第2光源とは、前記カップリングレンズから光学的に等距離に配置されており、
前記波長λ1の光束と前記波長λ2の光束が共通して通過する前記対物レンズの光学面には第1回折構造が設けられており、前記第1回折構造の光軸方向の平均段差量をd1で表したときに、以下の式(1)を満たし、
前記波長λ1の光束が前記対物レンズの光学面を通過した際における色収差量ΔfBは、以下の式(2)を満たし
前記波長λ1の光束と前記波長λ2の光束が共通して通過する前記カップリングレンズの光学面には第2回折構造が形成されており、前記第2回折構造の光軸方向の平均段差量をd2で表したときに、以下の式(3)を満たし、
更に、以下の式(4)、(5)及び(6)を満たすことを特徴とする。
λ1×2/(n1−1)×1.0 ≦ d1(μm) ≦ λ1×2/(n1−1)×1.3 (1)
−0.5 ≦ ΔfB(μm/nm) ≦ 0.5 (2)
λ1×2/(n2−1)×1.0 ≦ d2(μm) ≦ λ1×2/(n2−1)×1.3 (3)
−1.5×10-4 ≦ Δn(℃―1) ≦ −1.0×10-4 (4)
0.04 ≦ ΔW(nm/℃) ≦ 0.07 (5)
−0.08 < m2−m1 < 0.01 (6)
但し、
m1:前記第1光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際の前記対物レンズの倍率
f1:前記第1光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際の前記対物レンズの焦点距離
m2:前記第2光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際の前記対物レンズの倍率
n1:前記第1回折構造を形成する材料の、波長λ1の光に対する屈折率
n2:前記第2回折構造を形成する材料の、波長λ1の光に対する屈折率
Δn:前記カップリングレンズ及び前記対物レンズの材料の、波長λ1の光における温度変化に対する屈折率変化量
ΔW:前記第1光源の温度に対する波長変化量
本発明は、温度変化に起因した光源の発振波長変化を利用して、光学素子の屈折率変化に起因する球面収差を補正するものである。まず原理的には、光学素子の光学面に形成した回折構造を光束が通過する際に生じる回折効果を、発振波長変化に応じて変えることで、球面収差の補正を行うことができる。しかるに、前記カップリングレンズと前記対物レンズの光学面に回折構造を形成した場合、その輪帯数が多いと、熱変形時にピッチの変化量による球面収差変化が大きくなり、球面収差が残留する場合がある。特に青紫色光のような短波長の光束を用いた場合、かかる現象が顕著となる。そこで、本発明においては、回折構造の輪帯数を減少させる条件を与えることで、温度変化に起因する球面収差を抑えるようにしている。
より具体的には、前記波長λ1の光束が前記対物レンズの光学面を通過した際における色収差量ΔfBが(2)式を満たすようにすれば、屈折面のみからなる一般的な対物レンズと同等又はそれ以下の色収差となるから、回折構造に色収差を抑制する機能を持たせる必要がなくなり、更に(6)式を満たすことと相まって、回折構造の輪帯数を減少させることができ、これにより収差補正を適切に行える。従って、(4)式を満たす一般的な樹脂素材を用いて対物レンズを形成し、(5)式を満たす特性の光源を用いた場合には、温度変化に起因した球面収差劣化を効果的に抑制できる。尚、色収差量とは、光源の波長が1nm変化したときのベストデフォーカスの変移量をいう。
更に、(1)、(3)式を満たすように前記第1回折構造及び前記第2回折構造を設計すれば、いずれの回折構造を通過しても、波長λ1の光束は2次回折光が最も強度が高まり、波長λ2の光束は1次回折光が最も強度が高まるので、低次の回折光を用いることで、波長、温度変化による回折効率変動を小さくすることができる。なお、平均段差量d1は、対物レンズにおいて、λ1、λ2の2つの波長が共通して通過する領域に形成されている回折構造の段差量の平均値を指す。つまり、当該領域に形成されている段差量の総和を、段差の数で割った値となる。また、波長λ3の第三の光源を有する場合は、平均段差量d1は、対物レンズにおいて、λ1、λ2、λ3の3つの波長が共通して通過する領域に形成されている回折構造の段差量の平均値を指す。また、平均段差量d2は、カップリングレンズにおいて、λ1、λ2の2つの波長が共通して通過する領域に形成されている回折構造の段差量の平均値を指す。つまり、当該領域に形成されている段差量の総和を、段差の数で割った値となる。また、波長λ3の第三の光源を有する場合であっても、平均段差量d2は、対物レンズにおいて、λ1、λ2の2つの波長が共通して通過する領域に形成されている回折構造の段差量の平均値を指す。
請求項2に記載の光ピックアップ装置は、請求項1に記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とするので、対物レンズの焦点距離を抑えて光ピックアップ装置を薄型なものとできる。より具体的には、f1を(7)式の上限未満とすることで、第1光情報記録媒体使用時における温度変化に起因する球面収差の補正効果を高めることができ、f1を(7)式の下限を超えるようにすることで回折輪帯のピッチを製造可能な大きさにすることができる。
1.5 < f1(mm) < 3.5 (7)
但し、
f1:前記第1光情報記録媒体に対して情報の記録及び/又は再生を行う際の前記対物レンズの焦点距離
請求項3に記載の光ピックアップ装置は、請求項1又は2に記載の発明において、前記第1光情報記録媒体の情報記録面から反射した光束と、前記第2光情報記録媒体の情報記録面から反射した光束は、共通の光検出器の受光面に入射することを特徴とするので、共通の光検出器を用いることにより、光ピックアップ装置のコンパクト化を図ることができる。
請求項4に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とするので、第1光情報記録媒体使用時における温度変化に起因する球面収差の補正効果を高めることができる。また、現在市販されているレーザパワーに対してセンサに到達する光量を、記録/再生に適切な量にすることができる。
−1/6 ≦ mG ≦ −1/10 (8)
但し、
mG:前記第1光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際の前記対物レンズと前記カップリングレンズからなる合成系の倍率
請求項5に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記第1光源と前記第2光源とは共通のパッケージ内に収容されていることを特徴とするので、光ピックアップ装置の更なるコンパクト化を図ることができる。
請求項6に記載の光ピックアップ装置は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、波長λ3(λ2<λ3)の第3光源を有し、前記集光光学系が、前記第3光源からの光束を、厚さt3(t2<t3)の保護層を介して第3光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっていることを特徴とする。
本明細書中において、対物レンズとは、光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズを指し、そのレンズと共に、アクチュエータによって少なくともその光軸方向に作動可能なレンズ群を指すものとする。
本明細書中において、対物レンズとは、光ピックアップ装置に光情報記録媒体を装填した状態において、最も光情報記録媒体側の位置で、これと対向すべく配置される集光作用を有するレンズ及び、そのレンズを駆動するアクチュエータに取り付けられて、そのレンズと共に一体的に駆動される集光作用を有する光学素子又はレンズを有する場合には、それら光学素子又はレンズを含めた光学素子群をさすものとする。つまり、対物レンズは、好ましくは単玉のレンズであるが、複数のレンズからなっていても良い。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、異なる光情報記録媒体(光ディスクともいう)であるHDとDVDとCDに対して適切に情報の記録/再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置PU1の構成を概略的に示す図である。かかる光ピックアップ装置PU1は、光情報記録再生装置に搭載できる。
光ピックアップ装置PU1は、高密度光ディスクであるHDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光されλ1=407nmの青紫色レーザ光束(第1光束)を射出する第1半導体レーザ、及びDVDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光されλ2=655nmの赤色レーザ光束(第2光束)を射出する第2半導体レーザを対物レンズから等距離で共通のパッケージ内に収容した2レーザ1パッケージ2L1P,CDに対して情報の記録/再生を行う場合に発光されλ3=785nmの赤外レーザ光束(第3光束)を射出する第3半導体レーザ(第3光源)とCD用光検出器とが一体化されたCDホロレーザLD3、HD/DVD共用の光検出器PD、回折構造が形成されているカップリングレンズ(出射角変換素子ともいう、以下同じ)CUL、入射したレーザ光束を光ディスクの情報記録面上に集光させる機能を有する対物レンズOBJ、偏光ビームスプリッタ(分離手段ともいう、以下同じ)PBS、ダイクロイックプリズムDP(又はハーフミラー)、λ/4波長板QWP、光ディスクの反射光束に対して非点収差を付加するためのセンサーレンズSNとから構成されている。カップリングレンズCULと対物レンズOBJの光学面には、波長λ1の光束が通過したときに2次回折光の光量が最も高くなり、波長λ2、λ3の光束が通過したときに1次回折光の光量が最も高くなる回折構造がそれぞれ形成されている。尚、HD用の光源として、上述の半導体レーザLD1の他に青紫色SHGレーザを使用することもできる。
光ピックアップ装置PU1において、HDに対して情報の記録/再生を行う場合には、2レーザ1パッケージ2L1Pの第1半導体レーザ(第1光源ともいう、以下同じ)を発光させる。第1半導体レーザから射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタPBSを通過し、ダイクロイックプリズムDPを通過した後、カップリングレンズCULにより収束角θ1の有限収束光束に変換され、λ/4波長板QWPを通過し、図示しない絞りにより光束径が規制され、対物レンズOBJによってHDの保護層を介して情報記録面上に形成されるスポットとなる。対物レンズOBJは、その周辺に配置された2軸アクチュエータ(不図示)によってフォーカシングやトラッキングを行う。
HDの情報記録面で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ及びλ/4波長板QWPを透過した後、カップリングレンズCUL、ダイクロイックプリズムDPを通過して、偏光ビームスプリッタPBSで反射し、センサーレンズSNにより非点収差が付加され、光検出器PDの受光面上に収束する。そして、光検出器PDの出力信号を用いてHDに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置PU1において、DVDに対して情報の記録/再生を行う場合には、2レーザ1パッケージ2L1Pの第2半導体レーザ(第2光源ともいう、以下同じ)を発光させる。第2半導体レーザから射出された発散光束は、偏光ビームスプリッタPBSを通過し、ダイクロイックプリズムDPを通過した後、カップリングレンズCULにより収束角θ2(θ1≠θ2)の有限光束又は無限光束に変換され、λ/4波長板QWPを通過し、図示しない絞りにより光束径が規制され、対物レンズOBJによってDVDの保護層を介して情報記録面上に形成されるスポットとなる。対物レンズOBJは、その周辺に配置された2軸アクチュエータ(不図示)によってフォーカシングやトラッキングを行う。
DVDの情報記録面で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ及びλ/4波長板QWPを透過した後、カップリングレンズCUL、ダイクロイックプリズムDPを通過して、偏光ビームスプリッタPBSで反射し、センサーレンズSNにより非点収差が付加され、光検出器PDの受光面上に収束する。そして、光検出器PDの出力信号を用いてDVDに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ピックアップ装置PU1において、CDに対して情報の記録/再生を行う場合には、ホロレーザLD3を発光させる。ホロレーザLD3から射出された発散光束は、ダイクロイックプリズムDPで反射され、カップリングレンズCULにより発散角θ3の有限発散光束に変換され、λ/4波長板QWPを通過し、図示しない絞りにより光束径が規制され、対物レンズOBJによってCDの保護層を介して情報記録面上に形成されるスポットとなる。対物レンズOBJは、その周辺に配置された2軸アクチュエータ(不図示)によってフォーカシングやトラッキングを行う。
CDの情報記録面で情報ピットにより変調された反射光束は、再び対物レンズOBJ及びλ/4波長板QWP、カップリングレンズCULを透過した後、ダイクロイックプリズムDPで反射され、ホロレーザLD3内の光検出器の受光面上に収束する。そして、光検出器の出力信号を用いてCDに記録された情報を読み取ることができる。
(実施例)
以下、上述した実施の形態に好適な実施例について説明する。尚、これ以降(表のレンズデータ含む)において、10のべき乗数(例えば、2.5×10-3)を、E(例えば、2.5E―3)を用いて表すものとする。
対物光学系の光学面は、それぞれ数1式に、表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
Figure 2007242115
また、回折構造(位相構造)により各波長の光束に対して与えられる光路差は、数2式の光路差関数に、表に示す係数を代入した数式で規定される。
Figure 2007242115
(実施例1)
実施例1のレンズデータを表1に示す。実施例1においては、波長λ1の光束における光学倍率m1が0.035であり、波長λ2の光束における光学倍率m2が0.035であり、その差はゼロである。このとき、温度が30℃変化した場合における、カップリングレンズと対物レンズとからなる合成系の球面収差ΔTは0.021である。
Figure 2007242115
(実施例2)
実施例2のレンズデータを表2に示す。実施例2においては、波長λ1の光束における光学倍率m1が0.035であり、波長λ2の光束における光学倍率m2が0.000であり、その差は−0.035である。このとき、温度が30℃変化した場合における、カップリングレンズと対物レンズとからなる合成系の球面収差ΔTは0.023である。
Figure 2007242115
(実施例3)
実施例3のレンズデータを表3に示す。実施例3においては、波長λ1の光束における光学倍率m1が0.045であり、波長λ2の光束における光学倍率m2が0.026であり、その差は−0.019である。このとき、温度が30℃変化した場合における、カップリングレンズと対物レンズとからなる合成系の球面収差ΔTは0.017である。
Figure 2007242115
請求項に掲げた数値を表4にまとめて示す。
Figure 2007242115
異なる光情報記録媒体(光ディスクともいう)であるHDとDVDとCDに対して適切に情報の記録/再生を行える本実施の形態の光ピックアップ装置PU1の構成を概略的に示す図である。
符号の説明
CUL カップリングレンズ
DP ダイクロイックプリズム
2L1P 2レーザ1パッケージ
LD3 第3の半導体レーザ
OBJ 対物レンズ
PBS 偏光ビームスプリッタ
PD 光検出器
PU1 光ピックアップ装置
QWP λ/4波長板
SN センサーレンズ

Claims (6)

  1. 波長λ1(nm)の第1光源と、波長λ2(nm)(λ1<λ2)の第2光源と、カップリングレンズ及び対物レンズを含む集光光学系とを有し、前記集光光学系が、前記第1光源からの光束を、厚さt1の保護層を介して第1光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっており、又、前記第2光源からの光束を、厚さt2(t1≦t2)の保護層を介して第2光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっている光ピックアップ装置であって、
    前記第1光源と前記第2光源とは、前記カップリングレンズから光学的に等距離に配置されており、
    前記波長λ1の光束と前記波長λ2の光束が共通して通過する前記対物レンズの光学面には第1回折構造が設けられており、前記第1回折構造の光軸方向の平均段差量をd1で表したときに、以下の式(1)を満たし、
    前記波長λ1の光束が前記対物レンズの光学面を通過した際における色収差量ΔfBは、以下の式(2)を満たし
    前記波長λ1の光束と前記波長λ2の光束が共通して通過する前記カップリングレンズの光学面には第2回折構造が形成されており、前記第2回折構造の光軸方向の平均段差量をd2で表したときに、以下の式(3)を満たし、
    更に、以下の式(4)、(5)及び(6)を満たすことを特徴とする光ピックアップ装置。
    λ1×2/(n1−1)×1.0 ≦ d1(μm) ≦ λ1×2/(n1−1)×1.3 (1)
    −0.5 ≦ ΔfB(μm/nm) ≦ 0.5 (2)
    λ1×2/(n2−1)×1.0 ≦ d2(μm) ≦ λ1×2/(n2−1)×1.3 (3)
    −1.5×10-4 ≦ Δn(℃―1) ≦ −1.0×10-4 (4)
    0.04 ≦ ΔW(nm/℃) ≦ 0.07 (5)
    −0.08 < m2−m1 < 0.01 (6)
    但し、
    m1:前記第1光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際の前記対物レンズの倍率
    f1:前記第1光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際の前記対物レンズの焦点距離
    m2:前記第2光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際の前記対物レンズの倍率
    n1:前記第1回折構造を形成する材料の、波長λ1の光に対する屈折率
    n2:前記第2回折構造を形成する材料の、波長λ1の光に対する屈折率
    Δn:前記カップリングレンズ及び前記対物レンズの材料の、波長λ1の光における温度変化に対する屈折率変化量
    ΔW:前記第1光源の温度に対する波長変化量
  2. 以下の式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光ピックアップ装置。
    1.5 < f1(mm) < 3.5 (7)
    但し、
    f1:前記第1光情報記録媒体に対して情報の記録及び/又は再生を行う際の前記対物レンズの焦点距離
  3. 前記第1光情報記録媒体の情報記録面から反射した光束と、前記第2光情報記録媒体の情報記録面から反射した光束は、共通の光検出器の受光面に入射することを特徴とする請求項1又は2に記載の光ピックアップ装置。
  4. 以下の式を満たすことを特徴とする請求項1〜3に記載の光ピックアップ装置。
    −1/6 ≦ mG ≦ −1/10 (8)
    但し、
    mG:前記第1光情報記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う際の前記対物レンズと前記カップリングレンズからなる合成系の倍率
  5. 前記第1光源と前記第2光源とは共通のパッケージ内に収容されてい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装置。
  6. 波長λ3(λ2<λ3)の第3光源を有し、前記集光光学系が、前記第3光源からの光束を、厚さt3(t2<t3)の保護層を介して第3光情報記録媒体の情報記録面に集光させることによって、情報の記録及び/又は再生を行うことが可能となっていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光ピックアップ装置。

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