JP3597311B2

JP3597311B2 - 光ピックアップ

Info

Publication number: JP3597311B2
Application number: JP18939896A
Authority: JP
Inventors: 宣秀松林; 敦夫後藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: JPH1031841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板厚が異なる記録媒体に情報を光学的に記録したり、あるいはこのような記録媒体に記録されている情報を光学的に再生するのに用いる光ピックアップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクの容量を向上させるために、従来の基板厚１．２ｍｍのＣＤやＭＯ等のディスクに対して、基板厚が０．６ｍｍのＤＶＤ等の新しい規格のディスクが提案されている。このように基板厚を薄くする理由は、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくして記録密度を上げる場合に、面振れ等によるディスク基板の傾きによる収差の発生を抑えることが主目的である。
【０００３】
一方、光ディスクに対して、情報の記録再生を精度良く行うためには、収差を最適化して、ディスク上でのスポットを回折限界まで絞り込む必要がある。このようなことから、上記のように基板厚の異なる光ディスクを、一つの装置に選択的に装填して情報の記録再生を行うにあたっては、例えば、装置内に基板厚に応じた専用の光学ヘッドを設けるか、あるいは、基板厚に対応する複数の対物レンズを設けて、それらを切り替えて使用するようにすることが考えられる。しかしながら、このようにすると、装置が大型になったり、機構が複雑になり、また高価になるという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決し得るものとして、例えば、特開平６−２５９８０４号公報には、２つの光源と共通の光学系とを用い、記録再生すべきディスクの基板厚に対応する光源を選択的に駆動するようにすることにより、異なる基板厚の双方のディスクに対して選択的に記録再生を行えるようにした光ピックアップが開示されている。また、特開平６−２０２９８号公報には、共通の光源および光学系を用いると共に、光学系の光路中に機械的な可変アパーチャ手段を設けて、記録再生すべきディスクの基板厚に応じて光ビームの口径を制御することにより、異なる基板厚の双方のディスクに対して選択的に記録再生を行えるようにした光ピックアップが開示されている。
【０００５】
さらに、特開平６−１２４４７７号公報には、レーザ光源と対物レンズとの間の平行光路中に、リング状電極を有する液晶フィルタおよび偏光ビームスプリッタを配置し、記録再生すべきディスクの基板厚に応じて、液晶フィルタによりそのリング状電極部分を透過するレーザ光の偏光状態を選択的に変化させて、その部分の透過光を偏光ビームスプリッタで反射させることにより、偏光ビームスプリッタを経て対物レンズに入射する光ビームの口径を制御して、異なる基板厚の双方のディスクに対して選択的に記録再生を行えるようにした光ピックアップが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平６−２５９８０４号公報に開示されている光ピックアップにおいては、薄型光ディスク用半導体レーザの位置に対して、厚型光ディスク（ＣＤ）用半導体レーザを、それによるＣＤ光ディスク上での光スポットの集束度が再生に十分となる位置に配置するようにしている。しかし、このようにＣＤ用半導体レーザを配置しても、実際には、基板厚さ、像点位置等の影響で、その位置で収差量が最適とはならない。かかる従来例では、この点について何ら考慮されていないため、厚型のＣＤ光ディスクの場合には、面振れ等により光ディスクに傾きが生じると、収差が大きくなって、記録再生を確実に行うことができなくなるという問題がある。
【０００７】
また、特開平６−２０２９８号公報に開示されている光ピックアップにおいては、機械的な可変アパーチャ手段を設けることから装置が大型になるという問題があると共に、その可変アパーチャ手段をディスクの種類に応じて制御するための制御機構も複雑になるという問題がある。さらに、特開平６−１２４４７７号公報に開示されている光ピックアップにおいては、リング状電極を有する液晶フィルタおよび偏光ビームスプリッタを用いることから、構成が複雑で、コスト高になるという問題がある。
【０００８】
この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされたもので、異なる基板厚の記録媒体の双方について、記録媒体が傾いた場合でも、発生する収差を許容値内に抑えることができ、したがって情報の記録または再生を常に確実にできると共に、簡単かつ安価にできるよう適切に構成した光ピックアップを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、第１，第２の光源と、これら光源に対して共通の対物レンズとを有し、前記第１の光源から出射した光により前記集光レンズを経て基板厚が薄い第１の記録媒体に情報の記録または再生を行い、前記第２の光源から出射した光により前記集光レンズを経て基板厚が厚い第２の記録媒体に情報の記録または再生を行う光ピックアップにおいて、
前記第１，第２の光源と前記対物レンズとの間に配置した回折光学素子と、
前記第１，第２の記録媒体で反射され、前記対物レンズを経て導かれる戻り光をそれぞれ受光する第１，第２の受光素子とを有し、
前記第１，第２の光源は、それぞれ異なる波長の光を発生し、
前記回折光学素子は、前記第１，第２の光源から出射される波長の違いにより発生する収差、および前記第１，第２の記録媒体の基板厚の違いにより発生する収差を補正すると共に、前記第１，第２の記録媒体から前記対物レンズを経て導かれる戻り光を往路と分離して、対応する前記第１，第２の受光素子に導くよう構成し、
前記第１の記録媒体に対して収差が最適となるように、前記対物レンズを構成すると共に、前記第１の光源を配置し、
前記第２の光源を、該第２の光源から前記対物レンズを経て出射される光束の開口数が、前記第１の光源から前記対物レンズを経て出射される光束の開口数よりも相対的に小さくなり、かつ、前記第２の記録媒体の基板厚による収差を補正するように、前記第１の光源の配置位置よりも相対的に前記対物レンズに近い位置に配置したことを特徴とするものである。
【００１０】
前記光ピックアップは、さらに、前記第２の光源から前記対物レンズを経て出射される光束の外周部を遮光する絞りを有するのが、前記第２の光源から前記対物レンズを経て出射される光束の開口数をより小さくする点で好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明においては、基板厚が薄い第１の記録媒体、例えば、基板厚が０．６ｍｍのＤＶＤと、基板厚が厚い第２の記録媒体、例えば、基板厚が１．２ｍｍのＣＤやＭＯ等とにそれぞれ対応する独立した第１，第２の光源と、これら光源からの光を対応する記録媒体に集光させる共通の対物レンズとを有する。ここで、対物レンズおよび第１の光源は、第１の記録媒体に対して収差が最適となるように構成配置する。また、第２の光源は、第２の記録媒体が第１の記録媒体と基板厚が異なることにより発生する球面収差を補正するように、第１の光源に対して光軸方向にずらして配置する。
【００１３】
すなわち、図１に示すように、対物レンズ１は、基板厚が０．６ｍｍの第１の記録媒体２に対して収差が最適となるように構成し、第１の光源は、その発光点Ａの像点ａが、第１の記録媒体２の記録面に形成されるように配置する。また、第２の光源は、その発光点Ｂの像点ｂが、像点ａよりも対物レンズ１から遠い、基板厚が１．２ｍｍの第２の記録媒体３の記録面に形成されるように、対物レンズ１の光軸方向において、その発光点Ｂが発光点Ａよりも対物レンズ１側に位置するように配置する。
【００１４】
ここで、第１，第２の記録媒体２，３の基板厚による光路差は、１．２−０．６＝０．６（ｍｍ）であるから、基板の屈折率を１．５とすると、空気換算で０．６／１．５＝０．４（ｍｍ）となる。したがって、理論的には、この０．４ｍｍに対物レンズ１の縦倍率を掛けた分だけ、発光点Ｂを発光点Ａよりも対物レンズ１側に位置させれば良いことになる。
【００１５】
しかし、一般的には、基板の厚みが厚くなると球面収差はオーバーになり、また、像点位置を遠ざけるとアンダーになる。このため、上記の理論的に計算した値分だけ、発光点Ｂを発光点Ａよりも対物レンズ１側に配置した場合には、集束度の点では、従来の特開平６−２５９８０４号公報に開示されている光ピックアップにおけると同様に、再生に十分な大きさのスポットとすることはできても、収差については最適に抑えることはできない。したがって、第２の記録媒体３が面振れ等によって傾くと、記録再生を正確にできなくなる。
【００１６】
そこで、この発明では、上記の、基板の厚みが厚くなると球面収差がオーバーになり、像点位置を遠ざけるとアンダーになるという点に着目し、第２の記録媒体３に対する光束の開口数（ＮＡ）が、第１の記録媒体２に対するＮＡよりも相対的に小さくなり、かつ、第２の記録媒体３の基板厚による収差が、像点位置によって補正されるように、第２の光源の発光点Ｂを、上記の理論的計算値からずらして、第１の光源の発光点Ａよりも対物レンズ１側に近づけて配置する。
【００１７】
このように構成すれば、第１の記録媒体２に対しては、大きなＮＡとし、第２の記録媒体３に対しては、相対的に小さなＮＡとすることができるので、第１，第２の記録媒体２，３における収差を実用レベルに有効に抑えることができ、記録再生を確実に行うことが可能となる。
【００１８】
さらに、図２に示すように、対物レンズ１と第１，第２の記録媒体２，３との間に絞り４を配置し、これにより発光点Ｂから対物レンズ１を経て出射される光束の外周部を遮光し、発光点Ａから対物レンズ１を経て出射される光束は遮光することなくそのまま透過させるようにすれば、第２の記録媒体３に対するＮＡをより小さくすることができ、収差の発生をより有効に抑えることが可能となるので、記録再生をより確実に行うことができ、より信頼性の高い光ピックアップを実現することが可能となる。
【００１９】
【実施例】
以下、この発明の実施例について説明する。
図３は、この発明とともに開発した参考例を示すものである。この参考例は、基板厚が０．６ｍｍのＤＶＤ、および基板厚が１．２ｍｍのＣＤまたはＭＯに対して選択的に記録再生を行うもので、ＤＶＤ用の半導体レーザ１１と、ＣＤ，ＭＯ用の半導体レーザ１２とを有する。半導体レーザ１１，１２は、半導体レーザ１１の発光点が、半導体レーザ１２の発光点よりも光軸方向において後方に位置するように、例えば、シリコンよりなるサブマウント１３に形成した段差上に設ける。
【００２０】
半導体レーザ１１から出射された光束は、コリメータレンズ１４を経てハーフミラー１５に入射させ、該ハーフミラー１５を透過した光束を対物レンズ１６を経てＤＶＤ１７の記録面上に集光させるようにする。同様に、半導体レーザ１２から出射された光束は、コリメータレンズ１４を経てハーフミラー１５に入射させ、該ハーフミラー１５を透過した光束を対物レンズ１６を経て、例えば、ＣＤ１８の記録面上に集光させるようにする。
【００２１】
この参考例では、ＤＶＤ１７に対して収差が最適となるように、半導体レーザ１１の発光点をコリメータレンズ１４の物体側焦点位置に配置し、これにより半導体レーザ１１からの光束をコリメータレンズ１４で平行光束に変換して、ハーフミラー１５を経て対物レンズ１６に入射させるようにする。また、対物レンズ１６は、ＮＡが、例えば０．６のものを用いる。
【００２２】
また、半導体レーザ１２は、ＣＤ１８に対する光束のＮＡが、ＤＶＤ１７に対するＮＡよりも相対的に小さくなり、かつ、ＣＤ１８の基板厚による収差が、像点位置によって補正されるように、その発光点を、上記の理論的計算値からずらして、半導体レーザ１１の発光点よりも対物レンズ１側に近づけて配置する。したがって、半導体レーザ１２から出射した光束は、コリメータレンズ１４で多少発散光束に変換されて、ハーフミラー１５を経て対物レンズ１６に入射することになる。
【００２３】
さらに、この参考例では、ＣＤ１８に対する光束のＮＡをより小さくして、収差の発生をより有効に抑えるために、対物レンズ１６とディスク面との間に絞り１９を配置し、これにより半導体レーザ１２から出射され、対物レンズ１６で収束される光束の外周部を遮光し、半導体レーザ１１から出射され、対物レンズ１６で収束される光束については、遮光することなくそのまま透過させるようにする。この絞り１９は、例えば、図４に示すように、対物レンズ１６を保持する鏡筒２０に一体に形成することができる。
【００２４】
ここで、ＣＤ１８に対するＮＡは、絞り１９の配置位置によって所望の値に設定することができる。例えば、図３の構成において、半導体レーザ１１から出射させる光の波長を６４０ｎｍ、半導体レーザ１２から出射させる光の波長を７８０ｎｍ、コリメータレンズ１４の焦点距離を１１．４ｍｍ、対物レンズ１６のＮＡを０．６、焦点距離を３．７８ｍｍとすると、絞り１９の配置位置、すなわち絞り１９とディスク面との距離をＷＤ（作動距離）に応じて下表に示すＮＡを得ることができる。
【表１】

【００２５】
上表から明らかなように、ＣＤ１８に対するＮＡは、絞り１９を、図５に示すように、対物レンズ１６に接して配置した場合には、０．５５となり、その位置からディスク面に近づけて配置するに従って小さくなる。したがって、ディスク面により近づけて配置すれば、より小さいＮＡを得ることができるが、現実的には、ＷＤをある程度確保する必要があるので、好ましくは、対物レンズ１６とディスク面とのほぼ中間に配置する。この場合には、ＮＡをほぼ０．５程度に下げることができる。
【００２６】
図３において、ＤＶＤ１７で反射される戻り光は、対物レンズ１６を経てハーフミラー１５に入射させ、ここで反射される戻り光を集光レンズ２１を経て第１の受光素子２２で受光して再生信号を検出するようにする。同様に、ＣＤ１８で反射される戻り光は、対物レンズ１６を経てハーフミラー１５に入射させ、ここで反射される戻り光を集光レンズ２１を経て第２の受光素子２３で受光して再生信号を検出するようにする。なお、フォーカスエラー信号およびトラックエラー信号については、図示しないが、従来公知のシリンドリカルレンズおよび４分割受光領域を有する受光素子を用いて、非点収差法およびプッシュプル法によりそれぞれ検出するようにする。
【００２７】
図６は、この発明の実施例を示すものである。この実施例では、波長６４０ｎｍの光を発生するＤＶＤ用の半導体レーザ３１と、波長７８０ｎｍの光を発生するＣＤ，ＭＯ用の半導体レーザ３２とを、例えば、シリコンよりなるサブマウント３３に形成した段差上に設ける。サブマウント３３には、半導体レーザ３１を設けた面上に、光軸と直交する方向に離間して２個の受光素子３４ａ，３４ｂを形成すると共に、半導体レーザ３２を設けた面上に、同様に、光軸と直交する方向に離間して２個の受光素子３５ａ，３５ｂを設ける。
【００２８】
半導体レーザ３１は、参考例と同様に、ＤＶＤ１７に対して収差が最適となるように、その発光点をコリメータレンズ３６の物体側焦点位置に一致させて配置し、この半導体レーザ３１から出射される光束をホログラム素子３７に入射させ、該ホログラム素子３７を０次光で透過する光束をコリメータレンズ３６で平行光束に変換して、例えば、ＮＡが０．６の対物レンズ３８で収束し、その収束光を絞り３９で絞ることなくＤＶＤ４０に照射して、その記録面に集光させるようにする。
【００２９】
また、半導体レーザ３２は、その発光点をコリメータレンズ３６の物体側焦点位置よりも手前側に配置し、この半導体レーザ３２から出射される光束をホログラム素子３７に入射させ、該ホログラム素子３７を０次光で透過する光束をコリメータレンズ３６で多少発散光束に変換して対物レンズ３８で収束し、その収束光の外周部を絞り３９で遮光してＣＤ４１に照射して、その記録面に集光させるようにする。このようにして、参考例と同様に、ＣＤ４１に対するＮＡが、ＤＶＤ４０に対するＮＡよりも相対的により小さくし、かつ、ＣＤ４１の基板厚による収差を像点位置によって補正するようにする。
【００３０】
一方、ＤＶＤ４０で反射される戻り光は、対物レンズ３８およびコリメータレンズ３６を経てホログラム素子３７に入射させる。同様に、ＣＤ４１で反射される戻り光は、対物レンズ３８およびコリメータレンズ３６を経てホログラム素子３７に入射させる。
【００３１】
ホログラム素子３７は、往路と復路とを分離し、往路においては、半導体レーザ３１，３２から出射される光の波長の違いにより発生する収差を補正し、復路においては、波長の違いにより回折角を異ならせて回折させると共に、各波長の±１次回折光に異なるレンズパワーを与えるように構成する。このホログラム素子３７で回折されるＤＶＤ４０からの戻り光の±１次回折光は、受光素子３４ａ，３５ａでそれぞれ受光し、ＣＤ４１からの戻り光の±１次回折光は、受光素子３４ｂ，３５ｂでそれぞれ受光する。
【００３２】
受光素子３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂは、例えば、図７に示すように、それぞれ３分割受光領域を有するように構成し、受光素子３４ａと３５ａ、および受光素子３４ｂと３５ｂとが、それぞれ対応する回折光の集光点の前後に位置するように配置する。
【００３３】
このようにすれば、受光素子３４ａ，３５ａ、および受光素子３４ｂ，３５ｂ上に形成される戻り光の±１次回折光のスポットは、対物レンズ３８が対応するディスクに対して合焦状態にあるときは、図７（ｂ）に示すように、等しい大きさとなり、ディスクが面振れ等により対物レンズ３８による像点の前方および後方に変位した場合には、図７（ａ）および図７（ｃ）に示すように、大小関係が反転するので、公知のビームサイズ法によりフォーカスエラー信号を検出することができる。なお、再生信号については、対応する±１次回折光を受光する受光素子の出力の和から、また、トラックエラー信号は、対応する一対の受光素子の少なくとも一方を更に２分割した６分割受光領域をもって構成することにより、プッシュプル法により検出することができる。
【００３４】
この実施例においては、各ディスクからの戻り光を、その波長の違いによってホログラム素子３７で異なる方向に回折させて、対応する一対の受光素子で受光するようにしているので、参考例の場合と同様に、各半導体レーザの光軸合わせを独立して行うことができる。
【００３５】
なお、この発明は、上述した実施例にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上述した実施例では、ＤＶＤ用の半導体レーザを、その発光点をコリメータレンズの物体側焦点位置に配置するようにしたが、ＤＶＤの記録再生時における収差の発生を有効に抑制できれば、物体側焦点位置から前後にずらして配置することもできる。同様に、ＣＤ，ＭＯ用の半導体レーザについても、ＣＤ，ＭＯに対するＮＡが、ＤＶＤに対するＮＡよりも相対的に小さくなり、かつ、ＣＤ，ＭＯの基板厚による収差が有効に補正されれば、ＤＶＤ用の半導体レーザよりも対物レンズ側で、任意の位置に配置することができる。
【００３６】
また、上述した実施例では、半導体レーザからの光をコリメータレンズを経て対物レンズに入射させる無限光学系としたが、コリメータレンズを用いない有限光学系とすることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明によれば、記録媒体の基板厚に応じてＮＡを機械的に切り替える機構を用いることなく、また、液晶フィルタと偏光ビームスプリッタとの組み合わせを用いることなく、簡単かつ安価な構成で、共通の光学系を用いて、異なる基板厚の記録媒体の双方について、収差を許容値内に抑えて情報の記録または再生を常に確実に行うことができる。しかも、回折光学素子（上記実施例ではホログラム素子）を用いて、第１，第２の光源から出射される波長の違いにより発生する収差、および第１，第２の記録媒体の基板厚の違いにより発生する収差を補正すると共に、往路と復路とを分離して、第１，第２の記録媒体からの戻り光を、対応する受光素子に導くようにしたので、構成をより簡単にできると共に、各記録媒体に対して情報の記録または再生をより確実に行うことが可能となる。また、基板厚に応じた光源を用いるので、記録媒体に最適な波長の光を用いることができ、したがって用途に応じた種々の組み合わせが可能となる。
【００３８】
さらに、対物レンズと記録媒体との間に、第２の光源から対物レンズを経て出射される光束の外周部を遮光する絞りを設ければ、第２の光源から対物レンズを経て出射される光束の開口数をより小さくできるので、第２の記録媒体に対する収差の発生をより有効に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の原理を説明するための図である。
【図２】同じく、原理を説明するための図である。
【図３】この発明とともに開発した参考例を示す図である。
【図４】図３の部分詳細図である。
【図５】図３に示す絞りの一配置例を示す図である。
【図６】この発明の実施例を示す図である。
【図７】図６に示す受光素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
１対物レンズ
２第１の記録媒体
３第２の記録媒体
４絞り
１１，３１ＤＶＤ用半導体レーザ
１２，３２ＣＤ，ＭＯ用半導体レーザ
１３，３３サブマウント
１４，３６コリメータレンズ
１５ハーフミラー
１６，３８対物レンズ
１７，４０ＤＶＤ
１８，４１ＣＤ
１９，３９絞り
２０鏡筒
２１集光レンズ
２２，２３，３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ受光素子
３７ホログラム素子

Claims

第１，第２の光源と、これら光源に対して共通の対物レンズとを有し、前記第１の光源から出射した光により前記集光レンズを経て基板厚が薄い第１の記録媒体に情報の記録または再生を行い、前記第２の光源から出射した光により前記集光レンズを経て基板厚が厚い第２の記録媒体に情報の記録または再生を行う光ピックアップにおいて、
前記第１，第２の光源と前記対物レンズとの間に配置した回折光学素子と、
前記第１，第２の記録媒体で反射され、前記対物レンズを経て導かれる戻り光をそれぞれ受光する第１，第２の受光素子とを有し、
前記第１，第２の光源は、それぞれ異なる波長の光を発生し、
前記回折光学素子は、前記第１，第２の光源から出射される波長の違いにより発生する収差、および前記第１，第２の記録媒体の基板厚の違いにより発生する収差を補正すると共に、前記第１，第２の記録媒体から前記対物レンズを経て導かれる戻り光を往路と分離して、対応する前記第１，第２の受光素子に導くよう構成し、
前記第１の記録媒体に対して収差が最適となるように、前記対物レンズを構成すると共に、前記第１の光源を配置し、
前記第２の光源を、該第２の光源から前記対物レンズを経て出射される光束の開口数が、前記第１の光源から前記対物レンズを経て出射される光束の開口数よりも相対的に小さくなり、かつ、前記第２の記録媒体の基板厚による収差を補正するように、前記第１の光源の配置位置よりも相対的に前記対物レンズに近い位置に配置したことを特徴とする光ピックアップ。
請求項１記載の光ピックアップにおいて、
前記第２の光源から前記対物レンズを経て出射される光束の外周部を遮光する絞りを有することを特徴とする光ピックアップ。