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JP2001093179A - 光ピックアップ - Google Patents

光ピックアップ

Info

Publication number
JP2001093179A
JP2001093179A JP26643499A JP26643499A JP2001093179A JP 2001093179 A JP2001093179 A JP 2001093179A JP 26643499 A JP26643499 A JP 26643499A JP 26643499 A JP26643499 A JP 26643499A JP 2001093179 A JP2001093179 A JP 2001093179A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
wavelength
diffracted light
light beam
optical pickup
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP26643499A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaru Otaki
賢 大滝
Noriaki Murao
則明 村尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pioneer Electronic Corp filed Critical Pioneer Electronic Corp
Priority to JP26643499A priority Critical patent/JP2001093179A/ja
Priority to US09/665,075 priority patent/US6449095B1/en
Publication of JP2001093179A publication Critical patent/JP2001093179A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1353—Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
    • G11B7/127—Lasers; Multiple laser arrays
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • 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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対応波長の異なる光ディスク又は記録面に対
し記録再生可能な小型化に適した光ピックアップを提供
する。 【解決手段】 第１波長を有する第１光ビームを出射す
る第１の光源と、第１波長より長い第２波長を有する第
２光ビームを出射する第２の光源と、第１及び第２光ビ
ームを記録媒体の情報記録面に集光させる集光レンズ
と、第１及び第２の光源から集光レンズまでの光路中に
配置された回折光学素子とを備えた光ピックアップであ
って、集光レンズは、第１光ビームについては回折光学
素子による第１回折次数の第１光ビーム回折光を情報読
取光又は情報記録光として集光し、第２光ビームについ
ては回折光学素子による第１回折次数より低次の第２回
折次数の第２光ビーム回折光を情報読取光又は情報記録
光として集光する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対応波長の異なる
光ディスクから情報を記録再生する光学式記録再生装置
における光ピックアップの光学系に関し、特に、異なる
波長のレーザ光源を使うＤＶＤ及びＨＤ−ＤＶＤへの互
換性を可能にする光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】光学式記録再生装置には、光記録媒体の
例えばＤＶＤ(digital video disc)等の光ディスクから
記録情報を読み取りできる光学式ディスクプレーヤがあ
る。容量４．７ＧＢのＤＶＤが市場に導入されている
が、更に高密度なパッケージメディアの要求が強く、そ
の検討が進んでいる。記録密度の向上には、良く知られ
ているように使用する光源の短波長化と対物レンズの高
ＮＡ化が有効である。短波長化に関しては、ＧａＮ基板
をベースにした短波長の半導体レーザの研究が進展をみ
せており実用化が近いレベルにある。開発中のレーザの
波長は４０５ｎｍであり、これを使った１５ＧＢ程度の
高密度ＤＶＤ（ＨＤ−ＤＶＤ）システムの研究も同様に
進められている。
【０００３】そこで、ＤＶＤとＨＤ−ＤＶＤから記録情
報を読み取りできるコンパチブルディスクプレーヤが求
められることになるが、その再生システムは、ＤＶＤを
再生できることが当然のこととして義務づけられる。こ
こで問題になるのは、短波長のレーザではＤＶＤディス
クのうち２層ディスクを読めないことである。これは２
層ディスクの中間層の短波長光ビームでの反射率が低い
ために生じる。従って、コンパチブルディスクプレーヤ
を実現するために、ＨＤ−ＤＶＤシステムは波長４０５
ｎｍ付近の青色の光ビーム（以下、単に青ともいう）を
発光するレーザに加えて波長６５０ｎｍ付近の赤色の光
ビーム（以下、単に赤ともいう）を発光するレーザを搭
載する必要がある。従来、ＤＶＤでは基板厚は０．６ｍ
ｍであり、対応波長は６３５ｎｍ〜６５５ｎｍ、対物レ
ンズの開口数は０．６程度である。ＨＤ−ＤＶＤでは基
板厚は０．６ｍｍであり、対応波長は４０５ｎｍ、対物
レンズの開口数は０．６程度である。
【０００４】しかし、対物レンズの持つ色収差のため
に、従来の単レンズで波長の異なる光を両方ともほぼ無
収差で集光することは難しい。このため、ＤＶＤとＨＤ
−ＤＶＤのコンパチビリティーを確保するためには何ら
かの工夫が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、ＤＶＤ及びＨ
Ｄ−ＤＶＤのコンパチブルプレーヤ用の光ピックアップ
の実現方法として、専用対物レンズを使う波長ごとに切
替える方法が考えられるが、２枚の対物レンズを要すの
で複雑なレンズ切り替え機構が必要でコストが増大し、
アクチュエータが大きくなるので小型化に不利である。
また、他の方法として、対物レンズとコリメータレンズ
と組み合せる方法が考えられるが、対物レンズに対して
コリメータが固定しているため、対物レンズの移動時の
性能を維持することが難しい、などの問題が発生する。
【０００６】いずれにしても、ＤＶＤとＨＤ−ＤＶＤの
コンパチビリティーを確保するため複数光源を用い専用
のプリズム、レンズなどの光学系を構成すると、光ピッ
クアップ又は光ヘッド全体が複雑になり、大型になる傾
向がある。本発明は、上記課題に鑑みなされたものであ
り、対応波長の異なる光ディスク又は記録面に対し記録
再生可能な小型化に適した光ピックアップを提供するこ
とにある。
【０００７】
【発明を解決するための手段】本発明の光ピックアップ
は、第１波長を有する第１光ビームを出射する第１の光
源と、第１波長より長い第２波長を有する第２光ビーム
を出射する第２の光源と、前記第１及び第２光ビームを
記録媒体の情報記録面に集光させる集光レンズと、前記
第１及び第２の光源から前記集光レンズまでの光路中に
配置された回折光学素子とを備えた光ピックアップであ
って、前記集光レンズは、前記第１光ビームについては
前記回折光学素子による第１回折次数の第１光ビーム回
折光を情報読取光又は情報記録光として集光し、前記第
２光ビームについては前記回折光学素子による前記第１
回折次数より低次の第２回折次数の第２光ビーム回折光
を情報読取光又は情報記録光として集光することを特徴
とする。
【０００８】本発明の光ピックアップにおいては、前記
回折格子は鋸歯状の断面を有することを特徴とする。本
発明の光ピックアップにおいては、前記回折格子は階段
状の断面を有することを特徴とする。本発明の光ピック
アップにおいては、前記第１光ビーム回折光の前記第１
回折次数の絶対値は前記第２光ビーム回折光の前記第２
回折次数の絶対値より１だけ大きく、かつ前記第２光ビ
ーム回折光の前記第２回折次数の絶対値は１以上である
ことを特徴とする。
【０００９】本発明の光ピックアップにおいては、前記
第１光ビーム回折光が２次回折光であるとき前記第２光
ビーム回折光は１次回折光である、又は、前記第１光ビ
ーム回折光が３次回折光であるとき前記第２光ビーム回
折光は２次回折光であることを特徴とする。本発明の光
ピックアップにおいては、前記回折格子の深さが、１．
４２±０．２μｍ又は２．４０±０．２μｍの範囲内で
あることを特徴とする。
【００１０】本発明の光ピックアップにおいては、前記
回折格子のピッチが、２０μｍ以上であることを特徴と
する。本発明の光ピックアップにおいては、前記第１波
長が４００ｎｍ〜４１０ｎｍであり、前記第２波長が６
３０ｎｍ〜６６０ｎｍであることを特徴とする。本発明
の光ピックアップにおいては、前記回折光学素子は平凹
レンズを有し、前記回折格子は平凹レンズの凹面に形成
されていることを特徴とする。
【００１１】本発明の光ピックアップにおいては、前記
回折光学素子は前記集光レンズと一体成形され、前記回
折格子は前記集光レンズの光源側表面に形成されている
ことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。 （光ピックアップ）図１は実施の１形態の光ピックアッ
プの概略を示す。光ピックアップは、第１波長が４００
ｎｍ〜４１０ｎｍ好ましくは４０５ｎｍ付近の短波長の
青を出射するＨＤ−ＤＶＤ用半導体レーザＬＤ１と、第
１波長より長い第２波長すなわち６３０ｎｍ〜６６０ｎ
ｍ好ましくは６５０ｎｍ付近のＤＶＤ用の長波長の赤を
出射するＤＶＤ用半導体レーザＬＤ２と、を備えてい
る。半導体レーザＬＤ１及びＬＤ２はＨＤ−ＤＶＤ用及
びＤＶＤ用として切り替えて点灯される。
【００１３】さらに光ピックアップは、これら第１及び
第２光ビームすなわち青及び赤の光路を共通させる光軸
結合素子の光軸結合プリズム（色合成プリズム）１０を
備えている。この光学系の光軸結合プリズム１０は、図
１に示すように、半導体レーザＬＤ１及びＬＤ２の発散
光ビームを共通の光路となすように設計され、２つの波
長のレーザビームの光軸を略一致させる機能を有する。
光軸結合プリズム１０中のダイクロイックミラー１１は
波長４０５ｎｍの第１レーザビームを透過する一方で、
波長６５０ｎｍの第２レーザビームを反射する特性を有
しておりかつ、入射角度依存性を持つように多層誘電体
薄膜により形成されている。また、光軸を合成する光軸
結合素子は、光軸結合プリズムに限定されることなく、
ダイクロイックミラーに代えて、回折角の波長差を使っ
た回折格子、液晶コレステリック層などを、光軸結合素
子に用いることができる。
【００１４】また光ピックアップは、光軸結合プリズム
１０の光軸の下流に偏光ビームスプリッタ１３、コリメ
ータレンズ１４、１／４波長板１５及び対物レンズユニ
ット１６を備えている。以上の光照射光学系によって、
第１半導体レーザＬＤ１及び第２半導体レーザＬＤ２の
少なくとも一方からのレーザビームは、光軸結合プリズ
ム１０及び偏光ビームスプリッタ１３を経て、コリメー
タレンズ１４で平行光ビームにされ、１／４波長板１５
を透過して、対物レンズユニット１６によって、その焦
点付近に置かれている光ディスク５に向けて集光され、
光ディスク５の情報記録面のピット列上で光スポットを
形成する。
【００１５】以上の光照射光学系に加えて、光ピックア
ップはさらに検出レンズ１７など光検出光学系を有して
おり、対物レンズユニット１６、１／４波長板１５及び
偏光ビームスプリッタ１３は光検出光学系にも利用され
ている。ＨＤ−ＤＶＤ又はＤＶＤの光ディスク５からの
反射光は、対物レンズユニット１６で集められ１／４波
長板１５を介して偏光ビームスプリッタ１３によって検
出用集光レンズ１７に向けられる。検出レンズ１７で集
光された集束光は、例えば、シリンドリカルレンズ、マ
ルチレンズなどの非点収差発生素子（図示せず）を通過
して、例えば、直交する２線分によって４分割されてな
る４つの受光面を有する４分割光検出器の受光面２０中
心付近に光スポットを形成する。
【００１６】また、光検出器の受光面２０は復調回路３
０及びエラー検出回路３１に接続されている。エラー検
出回路３１は対物レンズユニットのトラッキング制御及
びフォーカス制御用のアクチュエータ２６を含む機構を
駆動する駆動回路３３に接続されている。４分割光検出
器は、その受光面２０中心付近に結像された光スポット
像に応じた電気信号を復調回路３０及びエラー検出回路
３１に供給する。復調回路３０は、その電気信号に基づ
いて記録信号を生成する。エラー検出回路３１は、その
電気信号に基づいてフォーカスエラー信号や、トラッキ
ングエラー信号や、その他サーボ信号などを生成し、ア
クチュエータの駆動回路３３を介して各駆動信号を各ア
クチュエータに供給し、これらが各駆動信号に応じて対
物レンズユニット１６などをサーボ制御駆動する。 （対物レンズユニット）本発明の光ピックアップの対物
レンズユニットにおいては、図１に示すように、ＨＤ−
ＤＶＤ用の短波長の青色レーザ光源ＬＤ１と、ＤＶＤ用
の長波長の赤色レーザ光源ＬＤ２と、の２つの光源を使
い、これらからの光ビームを光軸結合プリズム１０によ
って１光路に合成し、対物レンズユニット１６によりＨ
Ｄ−ＤＶＤ又はＤＶＤの光ディスク記録面上に集光させ
る。この対物レンズユニット１６は、図１に示すよう
に、光ビームを記録面へ集光する集光レンズ（基準レン
ズ）１６ａと、透光性の平板上に複数の凹凸からなるフ
レネルレンズ又はホログラムレンズなどの回折格子を有
する回折光学素子１６ｂ（DOE: diffractive opticalel
ement）と、を組み合せた複合対物レンズの組立体であ
る。集光レンズ１６ａ及び回折光学素子１６ｂは、ホル
ダ１６ｃによって光軸に同軸に配置され、回折格子を有
する回折光学素子１６ｂは光源側すなわち光軸結合プリ
ズム１０から集光レンズ１６ａまでの光路中に位置す
る。
【００１７】集光レンズ１６ａは、青の波長範囲４００
ｎｍ〜４１０ｎｍ又は赤の波長範囲６３０ｎｍ〜６６０
ｎｍで、又は少なくとも青の波長範囲で収差が補正され
た非球面レンズを用いる。一般的に、収差は波長で正規
化され波長に反比例して公差が厳しくなるので、赤と青
の波長で比べると、青の波長での望ましい特性を出す方
が難しくなるので、特に、青の波長範囲で収差が補正さ
れた非球面レンズを使うことが望ましい。
【００１８】回折光学素子１６ｂはガラス、プラスチッ
クなどからなり、その回折格子１６ｅは図２に示すよう
に、光軸を中心に複数本の同心円に切削され又はホトリ
ソグラフィにより積層された環状溝又は凸の輪帯からな
る。回折格子１６ｅは、図３に示すように、その断面が
ブレーズ形状すなわち鋸歯状、又は、図４に示すよう
に、階段形状となるように形成される。例えば、鋸歯状
断面の回折格子は回折効率が他より高いので有利であ
る。回折格子断面形状の作成法として、フォトリソグラ
フィ技術を応用する方法と、ダイヤモンドバイトなどで
精密切削する方法とがあり、これらによって、擬似的に
ブレーズを形成した多段階ブレーズ又はブレーズ形状の
回折格子ができるが、いずれの方法でも構わない。また
は、かかる多段階ブレーズ又はブレーズ形状を金型に雛
形を形成しておき、射出成形又はいわゆる２Ｐ法で透明
材料から複数の回折光学素子を複製することもできる。
【００１９】回折光学素子１６ｂは図３及び図４に示す
ように、平凹レンズ１６ｄと、平凹レンズの凹面に形成
された回折格子１６ｅとからなる。回折光学素子１６ｂ
の基板を凹レンズにすることは、最良像点を固定した集
光レンズ１６ａの特性に対し、後に述べる波長依存特性
が凹レンズで改善し反対に凸レンズで劣化となる影響が
生じるからである。また、回折光学素子としては、平凹
レンズ１６ｄに代えて光透過性平板１６ｄを基板とし、
回折格子１６ｅがその表面に形成された素子も用いるこ
ともできる。
【００２０】回折光学素子１６ｂの回折格子１６ｅは、
図５（Ａ）に示すように、例えば、波長４０５ｎｍの青
色の第１光ビームが透過するとき、その２次の回折光Ｂ
２を、情報読取光又は情報記録光として集光レンズ１６
ａを介してＨＤ−ＤＶＤディスク記録面上に集光するよ
うに、形成されてる。また、同時に回折格子１６ｅは、
図５（Ｂ）に示すように、波長６５０ｎｍの赤色の第２
光ビームが透過するとき、第１光ビーム回折光の２次回
折光より低次の１次回折光Ｒ１を、情報読取光又は情報
記録光として対物レンズを介してＤＶＤディスク記録面
上に集光するように、形成されている。これら場合、赤
の０次回折光Ｒ０及び高次回折光並びに青の０次及び１
次回折光Ｂ０及びＢ１はディスク記録面上に合焦状態に
ないので、これら回折光は読取又は記録にはほとんど影
響しない。上記例では光源の第１及び第２光ビームすな
わち赤と青の半導体レーザの波長範囲はそれぞれ赤（６
３０〜６６０ｎｍ）、青（４００〜４１０ｎｍ）として
いるが、この範囲であれば回折効率が大きく変化するこ
とがないからである。さらに、第１光ビーム回折光の第
１回折次数は、第２光ビーム回折光の第２回折次数より
１だけ大きく、かつ第２光ビーム回折光の第２回折次数
は１以上であることが好ましい。よって、第１光ビーム
回折光が２次回折光であるとき第２光ビーム回折光は１
次回折光である上記の例の他に、ＨＤ−ＤＶＤ用に波長
４０５ｎｍの３次回折光を第１光ビーム回折光に用いた
ときＤＶＤ用に波長６５０ｎｍの第２光ビーム回折光と
して２次回折光が集光されるように、回折光学素子１６
ｂの回折格子１６ｅは作製され得る。
【００２１】一般にコンパチブル光ピックアップでは一
方の読取光に光強度を得るために０次の回折光すなわち
パワーを持たない回折格子を用い、０次回折光以外の回
折光を他方の読取光に用いているが、赤と青の０次の回
折光を用いずに、青の２次の回折光を用い、赤では２次
より１つ低次の１次回折光を用いるように、回折格子は
形成されている。すなわち、本発明の回折格子は、その
光路長差を、赤と青の波長の必要な回折次数に対してそ
れぞれ高い回折光率が得られるように形成される。
【００２２】例えば、図３に示すブレーズ断面形状の回
折格子を、ピッチＰを１６０〜２６０μｍとして、回折
格子の深さｄを０〜３μｍに変化させて、基材として例
えばＯＺ−１０００（日立化成）のプラスチック材料か
らなる回折光学素子を作製した場合の、回折格子の回折
効率の変化を算出してみる。実施の形態における回折格
子は、そのピッチが波長より十分長いのでスカラー理論
が適用でき、また、その深さが波長程度なのでいわゆる
薄膜グレーティングとして扱える。その場合、回折効率
ηｍは次式数１で表される（ｍは回折次数）。
【００２３】
【数１】
【００２４】式中、Ａ（ｘ）は透過振幅分布、ψ（ｘ）
は位相分布、Ｔはグレーティングのピッチを示してい
る。計算においてはＡ（ｘ）＝１として規格化してい
る。また、回折格子のピッチについて一般にピッチが細
かくなるほど、収差の波長依存性は向上するが、ピッチ
が波長の５倍以下になると、原理的に回折効率が大きく
低下する。また、ピッチが細かいほど形状ずれによる影
響が大きくなる。そこで本実施の形態では、ピッチ１μ
ｍの形状ずれが５％に相当する値として、２０μｍ以上
を望ましい値とする。
【００２５】図６は、横軸に回折格子の深さｄ、縦軸に
回折格子の回折効率の変化を算出した結果である。図中
の“Ｂ０”、“Ｂ１”、“Ｂ２”、“Ｂ３”はそれぞれ
青の０次回折光、１次回折光、２次回折光、３次回折光
の回折効率を、“Ｒ０”、“Ｒ１”、“Ｒ２”はそれぞ
れ赤の０次回折光、１次回折光、２次回折光の回折効率
を示す。
【００２６】図６から明らかなように、ブレーズ化した
回折格子は位相深さが光の１波長λ毎の周期で回折効率
が最大値をとる。回折格子の位相深さは、ｄを実際の回
折格子の深さ、ｎを回折光学素子基材の屈折率とする
と、これらの積ｄ（ｎ−１）で表される。波長λ＝４０
５ｎｍに対し基材材料の屈折率ｎB＝１．５３１で、波
長λ＝６５０ｎｍに対し同屈折率ｎR＝１．４９８であ
るので、これから計算すると４０５ｎｍで位相差が１波
長λになる回折格子の深さは０．７６３μｍで、この深
さで青の１次回折光の回折効率が最大になる。青の２次
回折光はその倍の１．５２６μｍ、同様に赤の１次回折
光は１．３０５μｍで最大となる。
【００２７】これらのことから、赤と青のいずれの波長
でも高い回折光率が得られる回折格子の深さは、Ｒ１と
Ｂ２の交点、Ｒ２とＢ３の交点であることが分かる。つ
まり第１波長の青の２次回折光Ｂ２及び第２波長の赤の
１次回折光Ｒ１で使う１．４２μｍ付近と、青の３次回
折光Ｂ３及び赤の２次回折光Ｒ２で使う２．４μｍ付近
が、高回折光率が得られる回折格子の深さである。回折
格子の深さは０．２μｍずれると十数％位の効率減少に
なるので、これ以上を確保するためには、高回折光率が
得られる回折格子の深さが、１．４２±０．２μｍ又は
２．４０±０．２μｍの範囲内とすることが好ましい。
【００２８】また、図６から明らかなように、第１光の
青の１次回折光Ｂ１及び第２波長の赤の１次回折光Ｒ１
の交点（回折格子の深さは、０．９６５μｍ）において
も、回折光率が８０％程度と決して低くはないが、少し
でも回折格子の深さにずれが生じると、回折効率が大き
く低下する。青の２次及び３次回折光の回折効率のピー
クは深さ１．５２６μｍ及び２．２８９μｍで、同様に
赤の１次及び２次回折光では１．３０５μｍ及び２．６
１０μｍであるので、回折格子の深さにずれが生じても
青及び赤の回折効率のピーク近傍の交点であれば、回折
効率の変動が少ないが、それぞれのピークから離れる交
点では大きく変動する。
【００２９】
【実施例１】このような機能を有する光ピックアップと
して、例えば図５に示したような、回折格子が青（４０
５ｎｍ）に対しては２次回折光、赤（６５０ｎｍ）に対
しては１次回折光を使った回折光学素子を集光レンズと
は別体にして光軸を中心とした回転対称体として設計し
た対物レンズユニットを含む光ピックアップを作製し
た。回折格子の輪帯パターンすなわち回折格子の輪帯本
数は有効面内で５本である。半径及びピッチのデータは
表１のとおりである。
【００３０】
【表１】
【００３１】図５に示したように非球面の集光レンズの
光源側に平凹のレンズの回折光学素子が配置され、その
凹面上に回折格子を形成し、凹面及び回折格子はいずれ
も非球面形状とした。よって、第１面及び第２面は回折
光学素子の入射面及び出射面であり、第３面及び第４面
は集光レンズの入射面及び出射面である。各非球面Ｚは
次式数２で表される。
【００３２】
【数２】
【００３３】（但し、Ｚ：ＳＡＧ量、Ｒ：曲率半径、
Ｋ：円錐係数、ｒ：光軸からの半径、ＡＳｉ：非球面係
数） 位相関数Φ（ｒ）は、は次式数３で表される。
【００３４】
【数３】
【００３５】（但し、dor：回折次数、λ0：波長、ｒ：
光軸からの半径、ＤＦ１〜ＤＦ５：係数） 自動設計された各非球面レンズのデータは表２〜４のと
おりである。
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】図７に、得られた対物レンズユニットのＨ
Ｄ−ＤＶＤ（光ディスク厚み０．６ｍｍ、光源波長λ=
４０５±５ｎｍ）に対する波面収差の変化を示す。図に
おいて横軸に波長、縦軸に光軸上での波面収差量（rms
（λ））をとった波長依存性を示す。図示するように対
物レンズユニットの波面収差はマレシャル限界０．０７
λ以下に抑えられている。
【００４０】図８は４０５ｎｍの単一波長で横軸に画
角、縦軸に波面収差をとったグラフである。図示するよ
うに対物レンズユニットの波面収差は画角約０．８度ま
でマレシャル限界０．０７λ以下に抑えられている。図
９に、得られた対物レンズユニットのＤＶＤ（光ディス
ク厚み０．６ｍｍ、光源波長λ=６５０±１０ｎｍ）に
対する波面収差の変化を示す。図において横軸に波長、
縦軸に光軸上での波面収差量（rms（λ））をとった波
長依存性を示す。図示するように対物レンズユニットの
波面収差はマレシャル限界０．０７λ以下に極めて低く
抑えられている。
【００４１】図１０は６５０ｎｍの単一波長で横軸に画
角、縦軸に波面収差をとったグラフである。図示するよ
うに対物レンズユニットの波面収差は画角１度以内でマ
レシャル限界０．０７λ以下に抑えられている。なお、
図１１は図７及び図９のそれぞれの波長の１次及び２次
の回折光についての波面収差量の変化をグラフ化したも
ので、横軸に４００ｎｍ〜７００ｎｍまでの波長をと
り、縦軸に波面収差をとった。なお、図７から図１１ま
ではそれぞれの波長に対する最良像点位置をもとめて、
そこでの波面収差量を計算し、波面収差を評価した（い
わゆる最良像点位置可変）。
【００４２】さらに、比較のために青専用の対物レンズ
単体の波長依存性特性を測定し、上記実施例のものと比
較した。図１２にその結果を示す。グラフ中、Ａは本実
施例の青の２次回折光の波長と収差の関係を、Ｂは比較
例の青用単一対物レンズでの波長と収差の関係を示す。
単体の専用レンズを使う場合よりも本実施例の場合のほ
うが使用可能な波長範囲が広いことがわかる。これは回
折光学素子として凹レンズ（平凹レンズ）を使用してい
るためであり、これにより単体の青専用対物レンズより
波長依存特性が改善されている。なお、図１２は１つの
波長での最良像点位置を求め、その位置に固定して他の
波長での波面収差量を計算し、波面収差を評価した（い
わゆる最良像点位置固定）。波長によって、波面収差の
最小になる最良像点位置は変化するので、図７及び図１
１の最良像点位置可変の場合より図１２の最良像点位置
固定の方が必ず厳しい条件になっている。
【００４３】
【実施例２】さらに実施例２の光ピックアップとして、
図１３（Ａ）及び（Ｂ）に示す回折格子が青（４０５ｎ
ｍ）に対しては３次回折光Ｂ３、赤（６５０ｎｍ）に対
しては２次回折光Ｒ２を使った回折光学素子１６ｂを集
光レンズ１６ａとは別体にして光軸を中心とした回転対
称体として設計した対物レンズユニットを含む光ピック
アップを作製した。回折格子の輪帯パターンは実施例１
と同様である。
【００４４】自動設計して製造された各非球面レンズの
データは表５〜７のとおりである。
【００４５】
【表５】
【００４６】
【表６】
【００４７】
【表７】
【００４８】図１４に、得られた対物レンズユニットの
ＨＤ−ＤＶＤ（光ディスク厚み０．６ｍｍ、光源波長λ
=４０５±５ｎｍ）に対する３次回折光による波面収差
の変化を示す。図において横軸に波長、縦軸に光軸上で
の波面収差量（rms（λ））をとった波長依存性を示
す。図示するように対物レンズユニットの波面収差はマ
レシャル限界０．０７λ以下に抑えられている。
【００４９】図１５は４０５ｎｍの単一波長で横軸に画
角、縦軸に波面収差をとったグラフである。図示するよ
うに対物レンズユニットの波面収差は画角約０．８度ま
でマレシャル限界０．０７λ以下に抑えられている。図
１６に、得られた対物レンズユニットのＤＶＤ（光ディ
スク厚み０．６ｍｍ、光源波長λ=６５０±１０ｎｍ）
に対する２次回折光による波面収差の変化を示す。図に
おいて横軸に波長、縦軸に光軸上での波面収差量（rms
（λ））をとった波長依存性を示す。図示するように対
物レンズユニットの波面収差はマレシャル限界０．０７
λ以下に抑えられている。
【００５０】図１７は６５０ｎｍの単一波長で横軸に画
角、縦軸に波面収差をとったグラフである。図示するよ
うに対物レンズユニットの波面収差は画角１度以内でマ
レシャル限界０．０７λ以下に抑えられている。
【００５１】
【実施例３】さらに実施例３の光ピックアップとして、
図１８（Ａ）及び（Ｂ）に示す回折格子が青（４０５ｎ
ｍ）に対しては２次回折光Ｂ２、赤（６５０ｎｍ）に対
しては１次回折光Ｒ１を使った回折光学素子と集光レン
ズとを一体とし光軸を中心とした回転対称体として設計
した対物レンズユニット１６を含む光ピックアップを作
製した。回折格子の輪帯パターンは実施例１と同様であ
る。
【００５２】図１８に示したように非球面の集光レンズ
の光源側の入射面上に回折格子を形成し、回折格子及び
集光レンズの出射面はいずれも非球面形状とした。よっ
て、第１面及び第２面は一体集光レンズの回折格子及び
出射面である。自動設計して製造された各非球面レンズ
のデータは表８〜１０のとおりである。
【００５３】
【表８】
【００５４】
【表９】
【００５５】
【表１０】
【００５６】図１９に、得られた対物レンズユニットの
ＨＤ−ＤＶＤ（光ディスク厚み０．６ｍｍ、光源波長λ
=４０５±５ｎｍ）に対する波面収差の変化を示す。図
において横軸に波長、縦軸に光軸上での波面収差量（rm
s（λ））をとった波長依存性を示す。図示するように
対物レンズユニットの波面収差はマレシャル限界０．０
７λ以下に抑えられている。
【００５７】図２０は４０５ｎｍの単一波長で横軸に画
角、縦軸に波面収差をとったグラフである。図示するよ
うに対物レンズユニットの波面収差は画角約０．９５度
までマレシャル限界０．０７λ以下に抑えられている。
図２１に、得られた対物レンズユニットのＤＶＤ（光デ
ィスク厚み０．６ｍｍ、光源波長λ=６５０±１０ｎ
ｍ）に対する波面収差の変化を示す。図において横軸に
波長、縦軸に光軸上での波面収差量（rms（λ））をと
った波長依存性を示す。図示するように対物レンズユニ
ットの波面収差はマレシャル限界０．０７λ以下に極め
て低く抑えられている。
【００５８】図２２は６５０ｎｍの単一波長で横軸に画
角、縦軸に波面収差をとったグラフである。図示するよ
うに対物レンズユニットの波面収差は画角約０．９５度
までマレシャル限界０．０７λ以下に抑えられている。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、光ピックアップにおけ
る対物レンズを集光レンズと回折光学素子とからなる複
合対物レンズとして、回折光学素子は、第１光ビームが
回折光学素子を透過するとき、第１回折次数の第１光ビ
ーム回折光を、情報読取光又は情報記録光として集光レ
ンズを介して集光し、かつ、第２光ビームが回折光学素
子を透過するとき、第１光ビーム回折光の第１回折次数
より低次の第２回折次数の第２光ビーム回折光を、情報
読取光又は情報記録光として集光レンズを介して集光す
る複数の凹凸からなる透過型回折格子を有するので、対
応波長の異なる光ディスク又は記録面に対し記録再生可
能な小型化光ピックアップを得ることができる。このよ
うに、対物レンズに直接又は別体の回折格子を形成する
ことで、以下能様な効果がある。対物レンズと回折光学
素子レンズを同じホルダーで支持でき、小型化できる
し、レンズの移動に対して問題が発生しない。別体の構
成でも、回折光学素子がほとんど屈折作用をしないので
位置精度が緩く、つまり、使用する赤と青の両波長に対
して高次の収差を補正する程度の作用であり、対物レン
ズとの相互位置関係は他の方法と比べてはるかに緩い製
造が可能となる。特に、対物レンズとして青又は赤の波
長範囲で補正されたレンズを使う場合、はるかに緩和さ
れた設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光ピックアップ内部の概略構成
図である。
【図２】 本発明による光ピックアップにおける回折格
子の平面図である。
【図３】 本発明による光ピックアップにおける回折格
子の部分断面図である。
【図４】 本発明による光ピックアップにおける回折格
子の部分断面図である。
【図５】 本発明による光ピックアップにおける対物レ
ンズユニットの部分断面図である。
【図６】 本発明による光ピックアップにおける対物レ
ンズユニットの回折格子の深さと回折効率との関係を示
すグラフである。
【図７】 第１実施例の対物レンズユニットの２次回折
光の第１波長に対する波面収差の変化を示すグラフであ
る。
【図８】 第１実施例の対物レンズユニットの第１波長
２次回折光の画角に対する波面収差の変化を示すグラフ
である。
【図９】 第１実施例の対物レンズユニットの１次回折
光の第２波長に対する波面収差の変化を示すグラフであ
る。
【図１０】 第１実施例の対物レンズユニットの第２波
長１次回折光の画角に対する波面収差の変化を示すグラ
フである。
【図１１】 第１実施例の対物レンズユニットの１次回
折光の第２波長及び２次回折光の第１波長に対する波面
収差の変化を示すグラフである。
【図１２】 第１実施例の対物レンズユニットの２次回
折光の第１波長に対する波面収差の変化と、第１波長専
用の比較例の対物レンズの波面収差の変化とを示すグラ
フである。
【図１３】 本発明による第２実施例の光ピックアップ
における対物レンズユニットの部分断面図である。
【図１４】 第２実施例の対物レンズユニットの３次回
折光の第１波長に対する波面収差の変化を示すグラフで
ある。
【図１５】 第２実施例の対物レンズユニットの第１波
長３次回折光の画角に対する波面収差の変化を示すグラ
フである。
【図１６】 第２実施例の対物レンズユニットの２次回
折光の第２波長に対する波面収差の変化を示すグラフで
ある。
【図１７】 第２実施例の対物レンズユニットの第２波
長２次回折光の画角に対する波面収差の変化を示すグラ
フである。
【図１８】 本発明による第３実施例の光ピックアップ
における対物レンズユニットの部分断面図である。
【図１９】 第３実施例の対物レンズユニットの２次回
折光の第１波長に対する波面収差の変化を示すグラフで
ある。
【図２０】 第３実施例の対物レンズユニットの第１波
長２次回折光の画角に対する波面収差の変化を示すグラ
フである。
【図２１】 第３実施例の対物レンズユニットの１次回
折光の第２波長に対する波面収差の変化を示すグラフで
ある。
【図２２】 第３実施例の対物レンズユニットの第２波
長１次回折光の画角に対する波面収差の変化を示すグラ
フである。
【符号の説明】
１ 光ピックアップ ５ 光ディスク １０ 光軸結合プリズム １１ ダイクロイックミラー合成面 １３ 偏光ビームスプリッタ １４ コリメータレンズ １５ １／４波長板 ２０ 光検出部受光面 ２６ アクチュエータ ３０ 復調回路 ３１ エラー検出回路 ３３ 駆動回路 ＬＤ１、ＬＤ２ 第１及び第2半導体レーザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 AA17 AA18 AA40 AA51 AA57 AA63 5D119 AA41 BA01 CA16 EC47 FA08 JA02 JA03

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１波長を有する第１光ビームを出射す
    る第１の光源と、第１波長より長い第２波長を有する第
    ２光ビームを出射する第２の光源と、前記第１及び第２
    光ビームを記録媒体の情報記録面に集光させる集光レン
    ズと、前記第１及び第２の光源から前記集光レンズまで
    の光路中に配置された回折光学素子とを備えた光ピック
    アップであって、 前記集光レンズは、前記第１光ビームについては前記回
    折光学素子による第１回折次数の第１光ビーム回折光を
    情報読取光又は情報記録光として集光し、前記第２光ビ
    ームについては前記回折光学素子による前記第１回折次
    数より低次の第２回折次数の第２光ビーム回折光を情報
    読取光又は情報記録光として集光することを特徴とする
    光ピックアップ。
  2. 【請求項２】 前記回折格子は鋸歯状の断面を有するこ
    とを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
  3. 【請求項３】 前記回折格子は階段状の断面を有するこ
    とを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
  4. 【請求項４】 前記第１光ビーム回折光の前記第１回折
    次数の絶対値は前記第２光ビーム回折光の前記第２回折
    次数の絶対値より１だけ大きく、かつ前記第２光ビーム
    回折光の前記第２回折次数の絶対値は１以上であること
    を特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の光ピック
    アップ。
  5. 【請求項５】 前記第１光ビーム回折光が２次回折光で
    あるとき前記第２光ビーム回折光は１次回折光である、
    又は、前記第１光ビーム回折光が３次回折光であるとき
    前記第２光ビーム回折光は２次回折光であることを特徴
    とする請求項４記載の光ピックアップ。
  6. 【請求項６】 前記回折格子の深さが、１．４２±０．
    ２μｍ又は２．４０±０．２μｍの範囲内であることを
    特徴とする請求項１〜５のいずれか１記載の光ピックア
    ップ。
  7. 【請求項７】 前記回折格子のピッチが、２０μｍ以上
    であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１記載
    の光ピックアップ。
  8. 【請求項８】 前記第１波長が４００ｎｍ〜４１０ｎｍ
    であり、前記第２波長が６３０ｎｍ〜６６０ｎｍである
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１記載の光ピ
    ックアップ。
  9. 【請求項９】 前記回折光学素子は平凹レンズを有し、
    前記回折格子は平凹レンズの凹面に形成されていること
    を特徴とする請求項１〜８のいずれか１記載の光ピック
    アップ。
  10. 【請求項１０】 前記回折光学素子は前記集光レンズと
    一体成形され、前記回折格子は前記集光レンズの光源側
    表面に形成されていることを特徴とする請求項１〜９の
    いずれか１記載の光ピックアップ。
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