JP4663614B2 - 光ピックアップおよび光学的情報記録再生装置 - Google Patents
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Description
最初にBD光学系について以下、説明する。BDレーザ光源101から405nm帯の光ビームが直線偏光の発散光として出射され、BDレーザ光源101から出射した光ビームは偏光ビームスプリッタ102、反射ミラー103、補助レンズ104を経てBDコリメートレンズ105によって略平行な光ビームに変換される。BDコリメートレンズ105は、2点鎖線で囲まれたBDコリメートレンズ駆動装置109により駆動する。ここでBDコリメートレンズ駆動装置109は例えば、圧電素子を使用した構成とし、この圧電素子のX方向への伸縮を利用してBDコリメートレンズ105に入射する光ビームと平行な方向(X方向)にBDコリメートレンズ105を駆動する。また、BDコリメートレンズ駆動装置109としては小型のステッピングモータを用いた構成としても良い。BDコリメートレンズ105には表面に回折溝が設けられており、BDレーザ光源101の瞬間的な波長変動に起因する色収差を補正する。BDコリメートレンズ105の表面に回折溝を設けず、代わりに別途色収差補正素子を設けても良い。
BDコリメートレンズ105を進行した光ビームは多機能素子106に入射する。多機能素子106は、偏光性回折格子と1/4λ波長板を貼り合わせて一体化した素子である。前記偏光性回折格子は、所定の方向の直線偏光の光ビームを回折し、その方向と直交する方向の直線偏光の光ビームを透過させる機能を持つ。このため、偏光性回折格子と1/4λ波長板を一体化した多機能素子106は、紙面の右方から左方へ通過する光ビームを透過させ、紙面の左方から右方へ通過する光ビームを回折させる。つまりBDコリメートレンズ105から入射した光ビームは多機能素子106の偏光性回折格子の領域を回折することなく透過し、1/4λ波長板によって円偏光に変換される。多機能素子106によって円偏光に変換された光ビームはBD立上げミラー107によりZ方向に反射してBD対物レンズ108に入射し、情報記録媒体131ここではBDの(図示しない)データ層に集光照射される。
上記(図示しない)データ層で反射した光ビームは、BD対物レンズ108、BD立上げミラー107、多機能素子106に入射する。多機能素子106に入射した光ビームは1/4λ波長板の領域で円偏光から往路(BDレーザ光源101からBD対物レンズ108に至る光路)と直交する方向の直線偏光に変換され、偏光性回折格子の領域では複数の光ビームに分岐される。偏光性回折格子の格子溝パターンはフォーカス誤差信号(以下、FESと呼ぶ)の検出方式としてナイフエッジ法、トラッキング誤差信号(以下、TESと呼ぶ)の検出方式としてプッシュプル方式(以下、PPと呼ぶ)を使用できるパターンであればどのようなパターンでも構わない。なお、ナイフエッジ法やPP方式は一般的な検出方式で公知技術のためここでは説明は省略する。
多機能素子106によって複数に分岐された光ビームは、BDコリメートレンズ105、補助レンズ104、反射ミラー103、偏光ビームスプリッタ102を経てBD光検出器110に到達する。BD光検出器110に導かれた光ビームは、BDのデータ層に記録されている情報信号の検出と、TESおよびFESなど光ディスク上に集光照射された集光スポットの位置制御信号の検出などに使用される。BD光検出器110は上記方式を使用できる受光領域パターンを有するものであればどのような受光領域パターンでも構わない。
なお、上記では、ナイフエッジ法とPP方式を組み合わせた検出方式を説明したが、例えば、スポットサイズ法とPP方式等を組み合わせることにより光学部品を変更した場合であっても本発明は適用可能である。なお、スポットサイズ法は一般的な検出方式で公知技術のためここでは説明は省略する。さて、以下、BDレーザ光源101からBDの(不図示の)データ層までの光路を往路、(図示しない)データ層からBD光検出器110までの光路を復路と呼ぶことにする。BDはDVDに比べ5倍程度の記憶容量を持ち、BDのデータ層の情報ピットはDVDに比べ小さい。このため、BDを再生するにはDVDに比べBDの(図示しない)データ層へ小さい光スポットを照射する必要がある。その光スポットは、対物レンズの開口数(NA)とレーザ光源の波長に強く依存するだけでなく、往路倍率(補助レンズ104とBDコリメートレンズ105の合成焦点距離÷対物レンズの焦点距離)にも依存し、この往路倍率を大きくとることで集光スポットを小さくできる。このため、DVDに比べBDの光学系では往路倍率を大きく取る必要がある。一般的な半導体レーザを用いてその出射光ビームをビーム整形しない場合、DVDでは往路倍率を5倍から7倍程度、BDでは10倍から14倍程度に設定すると良く本実施例ではこれらの範囲に往路倍率を設定している。
ところで、BDでは(図示しない)データ層に集光する光スポットを小さくするため大きな開口数0.85の対物レンズを使用する。ところが、カバー層の厚み誤差により発生する球面収差はNAの4乗に比例して大きくなり、BDではこのカバー層の厚み誤差による球面収差を無視できないためこの球面収差を補正する機構が必要となる。球面収差を補正するには、対物レンズに入射する光ビームを平行から弱発散、弱収束にする手段が一般的である。本実施例ではBD対物レンズ108に入射する光ビームを平行から弱発散、弱収束に変換する手段として、スペース上の制約からビームエキスパンダ(凹レンズと凸レンズを組合わせ、入射する平行光を拡大して平行光を出射する機能をもつ)を採用せず、BDコリメートレンズ駆動装置109を設けてBDコリメートレンズ105を光軸方向に移動させることにした。球面収差の補正における可動範囲および補正感度はBDコリメートレンズ105の焦点距離に依存する。つまり、焦点距離が短いと可動範囲が小さく補正感度が高い、逆に焦点距離が長いと可動範囲が大きく補正感度が小さくなる関係にある。BDのカバー層の厚み誤差は規格で決められており、例えば2層BDのカバー層は70μmから105μmの範囲で変化する。そこで、BDコリメートレンズ105の焦点距離を9〜12mm程度の範囲にすると良く、本実施例ではこの範囲に設定している。また、BDコリメートレンズ105を含むBDコリメートレンズ駆動装置109は動作する際、特に起動、停止時に情報記録媒体131の半径方向(Y方向)への軸ズレを抑え、かつY方向への振動に関与する共振周波数が(図示しない)トラッキング制御系の帯域周波数内にあるように設定されている。
次に、DVD/CD光学系について以下、説明する。111は2波長マルチレーザを示しており、異なる波長の光ビームを出射するレーザチップをその筐体内に2個搭載したレーザ光源である。2波長マルチレーザ111には、波長約660nmの光ビームを出射する(図示しない)DVDレーザチップと波長約780nmの光ビームを出射する(図示しない)CDレーザチップが搭載されている。まず、DVD光学系について説明する。
2波長マルチレーザ111の(図示しない)前記DVDレーザチップから直線偏光のDVD光ビームが発散光として出射される。(図示しない)前記DVDレーザチップから出射した光ビームは広帯域1/2λ波長板112に入射し、所定の方向の直線偏光に変換される。なお、広帯域1/2λ波長板112は、波長約660nm帯と波長約780nm帯の光ビームが入射した場合に、どちらの波長に対しても1/2λ波長板として機能する素子であり、現在のDVD/CD互換光ピックアップでは一般的に用いられている。
(図示しない)上記データ層で反射した光ビームは、DVD/CD互換対物レンズ119、立上げミラー118、広帯域1/4λ波長板117、液晶収差補正素子116、コリメートレンズ115、ダイクロハーフミラー114、検出レンズ121を進行し、光検出器122に到達する。光ビームにはダイクロハーフミラー114を透過する際に非点収差が与えられ、FESの検出に使用される。検出レンズ121は非点収差の方向を任意の方向に回転させると同時に光検出器121上での集光スポットの大きさを決める機能を持つ。光検出器121に導かれた光ビームは、DVDの(図示しない)データ層に記録されている情報信号の検出と、TESおよびFESなどDVDのデータ層に集光照射された集光スポットの位置制御信号の検出などに使用される。ここで、図1の上側が情報記録媒体131の内周方向に相当し、下側が情報記録媒体131の外周方向に相当する。なお、DVD/CD互換対物レンズ119とBD対物レンズ108の2個の対物レンズを情報記録媒体131の半径方向に並べて搭載しているが、光ピックアップを製作する際、DVD/CD互換対物レンズ119とBD対物レンズ108の情報記録媒体の半径方向と接線方向とで各々の最適チルト角度が異なる場合がある。この最適チルト角度のずれを補正するため、液晶収差補正素子116が搭載されている。チルト角度のずれはコマ収差に相当するため、液晶収差補正素子116は情報記録媒体の半径方向と接線方向のコマ収差を補正する機能を有する。
(図示しない)CDのデータ層で反射した光ビームは、DVD/CD互換対物レンズ119、立上げミラー118、広帯域1/4λ波長板117、液晶収差補正素子116、コリメートレンズ115、ダイクロハーフミラー114、検出レンズ121を通過し、光検出器122に到達する。光ビームにはダイクロハーフミラー114を透過するときDVDと同様に非点収差が与えられ、FESの検出に使用される。検出レンズ121もDVDの光ビームと同様にCDの光ビームの非点収差の方向を任意の方向に回転させると同時に光検出器121での集光スポットの大きさを決める機能がある。光検出器121に導かれた光ビームは(図示しない)CDのデータ層に記録されている情報信号の検出と、TESおよびFESなどCDのデータ層に集光照射された集光スポットの位置制御信号の検出などに使用される。
以上のように2波長マルチレーザを用い、上記光学部品を搭載することでBD、DVD、CDの3媒体に対応した光ピックアップを提供することができる。また、第1の対物レンズであるDVD/CD互換対物レンズ119と第2の対物レンズであるBD対物レンズ108を情報記録媒体131の半径方向に並べて配置し、第1の光学系であるDVD/CD光学系と第2の光学系であるBD光学系を同一の(図示しない)筐体内において、前記DVD/CD互換対物レンズ119と前記BD対物レンズ108の中心を結ぶ軸線130に対して同じ側のスペースに独立して設けた。このような構成にすることで各光学系の性能を確保することができ、更に光学系の組立、調整が容易になるという効果が得られる。
これまでは光ピックアップの光学系の概略について説明してきたが、以下、本発明の主要部であるフロントモニタ光学系について説明する。
本発明のフロントモニタ光学系の構成を説明する前に、1つのフロントモニタ123の電気的特性と受光面129に入射させる3波長の光の適正光量の関係について説明する。波長λ1(780nm帯)、波長λ2(660nm帯)、波長λ3(405nm帯)の光において、1つのフロントモニタ123の受光面129における受光感度をそれぞれK1、K2、K3、前記フロントモニタ123のアンプの飽和電圧をVSと表記する。また、波長λ1(780nm帯)、波長λ2(660nm帯)において、第1の対物レンズであるDVD/CD互換対物レンズ119からの出射光量に対するフロントモニタ123の受光面129への入射光量の比率をそれぞれFO1、F02、波長λ3(405nm帯)において、第2の対物レンズであるBD対物レンズ108からの出射光量に対するフロントモニタ123の受光面129への入射光量の比率をF03と表記する。さらに、波長λ1(780nm帯)、波長λ2(660nm帯)において第1の対物レンズであるDVD/CD互換対物レンズ119で記録するのに必要な最大光出力をそれぞれP1、P2、波長λ3(405nm帯)において第2の対物レンズであるBD対物レンズ108で記録するのに必要な最大光出力をP3と表記する。このとき、以下に示す数式1から数式3を同時に満足するように前記FO1、F02、F03の値を設定することが必要であり、これらの値が受光面129に入射させる3波長の光の適正光量を示している。
P1×FO1×K1<VS [数式1]
P2×FO2×K2<VS [数式2]
P3×FO3×K3<VS [数式3]
ところで、前記フロントモニタ123は前記K1、K2、K3の値がそれぞれ異なった特性を持っており、従来のDVD、CD用2波長フロントモニタ(受光感度の差が少ない)を使用する場合に比べるとフロントモニタ光学系の構成、光を導く手段に工夫が必要となる。この必要性は以下に示す前提条件があるためである。スリム型対応の3波長光ピックアップでは、限られたスペースに3波長の光学系を収めなければならないため、従来のスリム型対応の2波長ピックアップに比べると2波長マルチレーザからフロントモニタまでの距離が短くなってしまい、DVD、CDにおけるフロントモニタのカップリング効率(レーザ光源の出射光に対するフロントモニタの受光量比)がより大きくなる。また、本実施例のBD光学系では、配置スペースと組立調整の簡略化、光スポット品質向上という観点からビーム整形素子を使わない構成にした。そのため、BD対物レンズ108のカップリング効率(レーザ光源の出射光量に対する対物レンズの出射光量の比)が低くならざるを得ない。さらに、本実施例のDVD、CD光学系では2つの対物レンズすなわちBD対物レンズ108とDVD/CD互換対物レンズ119の相対傾角を補正するため液晶収差補正素子116(2方向のコマ収差を補正する機能を持つ)を搭載した。そのため、DVD/CD互換対物レンズ119のカップリング効率(レーザ光源の出射光量に対する対物レンズの出射光量比)が液晶収差補正素子116を使わない従来の2波長(DVD、CD)光学系より低くなってしまう。以上より、フロントモニタ光学系の前提条件が従来の2波長光ピックアップとは異なった条件下で、フロントモニタ感度(対物レンズ出射光量に対するフロントモニタの受光量比)を3波長ともに前記[数式1]から[数式3]を満たすようにフロントモニタ光学系の構成、光を導く手段を工夫する必要がある。以上説明したことを踏まえて、以下、フロントモニタ光学系の構成、光を導く手段について図1から図8を用いて説明する。
光ピックアップを上方から見た場合、図1に示すように、第1のレーザ光源である2波長マルチレーザ111の出射面と第2のレーザ光源であるBDレーザ光源101の出射面が互いに向き合うように配置されており、それらの空間の間に1つのフロントモニタ123が配置されている。第1のレーザ光源である2波長マルチレーザ111からの出射光は矢印124で示すようにほぼ真っ直ぐに進行し、第2のレーザ光源であるBDレーザ光源101からの出射光は矢印125に示すように進行した後、反射部材126により矢印127で示すように光路が斜めに変更される。このようにして第1のレーザ光源である2波長マルチレーザ111から出射された光ビームと第2のレーザ光源であるBDレーザ光源101から出射された光ビームは1つのフロントモニタ123の受光面129の中心線128に対して斜め両方向から入射するようになっている。
光ピックアップを側方から見た場合、図3に示すように、第1のレーザ光源である2波長マルチレーザ111からの出射光軸301から1つのフロントモニタ123の受光面129の中心線302を上方にΔだけずらして配置している。さらに、図2(A)に示すように第2のレーザ光源であるBDレーザ光源101からの出射光軸201から上方に反射部材126を設け光の進路を図2(B)に示す矢印127のように変更している。さらに、反射部材126に対し1つのフロントモニタ123の受光面129を下方に配置している。なお、図1から図3において最も外側の光線を点線で示してある。
2波長マルチレーザ111は波長660nm帯と波長780nm帯の光ビームを出射し、第1の分岐光学素子であるダイクロハーフミラー114は2波長マルチレーザ111から出射された光ビームの一部(例えば10%程度)を透過させ、残りの90%程度の光ビームを反射させて第1の対物レンズであるDVD/CD互換対物レンズ119まで導く機能を持つ。第2のレーザ光源であるBDレーザ光源101は波長405nm帯の光ビームを出射し、第2の分岐光学素子は第1の反射部材と第2の反射部材で構成されている。前記第1の反射部材はBDレーザ光源101から出射された光ビームをほぼ全反射させて前記第2の対物レンズであるBD対物レンズ108まで光を導く反射ミラー103である。前記第2の反射部材は前記BDレーザ光源101から出射された光ビームの一部の光路を変更し、前記1つのフロントモニタ123の受光面129まで導く反射部材126である。なお、前記反射ミラー103の上方に前記反射部材126が配置され、図4に示すように、この反射部材126は前記情報記録媒体131に垂直な軸(Z)回りと平行な軸(Y)回りにそれぞれ所定の異なる角度θZ、θY度傾けて設置されている。さらに詳しく説明すると本発明では、BDレーザ光源101からの出射光軸201、この出射光軸201と90度をなす軸402と反射部材126の反射面401の交点を回転中心とし、前記軸402から測ったZ軸回りの角度をθZと定義している。また、矢印404の方向から見たとき点405を回転中心としたY軸回りの角度をθYと定義している。
本実施例の光ピックアップを側方から見た場合、図3に示すように2波長マルチレーザ111から出射した光の光軸301から1つのフロントモニタ123の受光面129の中心軸302を情報記録媒体131に垂直な方向(Z方向)にΔだけ離し、図2に示すようにBDレーザ光源101から出射した光の光軸201から1つのフロントモニタ123の受光面129の中心軸302を情報記録媒体131に垂直な方向(Z方向)に同じΔだけ離して配置している。
2波長マルチレーザ111とBDレーザ光源101は、そのチップ活性層に平行な方向(以降、θ//方向と呼ぶ)が情報記録媒体131とほぼ平行になるように配置されている。図6(A)、(B)はそれぞれフロントモニタ123上でのDVD、CD光の光強度分布の例を示しており、2波長マルチレーザ111のチップ活性層と水平な方向(θ//方向)と垂直な方向(以降、θ⊥方向と呼ぶ)の光強度分布中心付近に1つのフロントモニタ123の受光面129を配置している。図7(A)はBDレーザ光源101から見た反射ミラー103の上空における光強度分布の例を、図7(B)はBDレーザ光源101から見た反射部材126の反射面401での光強度分布の例を、図7(C)は反射部材126から見たフロントモニタ123上での光強度分布の例を示している。同図からわかるように、BDレーザ光源101のチップ活性層と垂直な方向(θ⊥方向)の光強度分布中心から離れた所の強度分布の光を反射部材126で反射させることにより1つのフロントモニタ123の受光面129までBDレーザ光を導くようにしている。なお、図8にBDレーザ光源101のθ⊥方向の相対光強度分布801を示した。本実施例の場合、反射部材126の位置関係から計算すると斜線部802で示すように、中心(0度)から離れた約6度から約14度の範囲の強度分布の光を使用していることになる。
反射部材126は平板状のミラーであり、反射面401の反射率が50%以下に設定されている。なお、反射部材126として本実施例の平板状ミラーに限らず、例えば導光板を用いても良い。ここで、導光板は例えば光ファイバのように透明な媒質で形成され、その媒質の中に光を透過させることによってフロントモニタ123の受光面129まで光を導く機能を持たせたものである。
また、図2に示すように、反射部材126と共通のフロントモニタ123はDVD/CD互換対物レンズ119とBD対物レンズ108よりも下方に配置されている。
以上説明したフロントモニタ光学系構成にしたことで、1コのフロントモニタに3波長の光を入射させることが可能となり、光ピックアップの省スペース化を図ることができるという効果がある、
ここまでは本実施例のフロントモニタ光学系についてその構成、光を導く手段について説明してきたが、以下、本実施例のフロントモニタ光学系について計算例を示し図9から図17を用いてより具体的に説明する。
BD対物レンズ108はBDのL0層(データ保護層厚さ約100μm)とL1層(データ保護層厚さ約75μm)の2層情報記録面を有する情報記録媒体の中間層(データ保護層厚さ87.5μm)において光学性能が最良となるように設計した開口数0.85の対物レンズである。光ピックアップにはBDレーザ光源101から出射された光ビームを入射して略平行光に変換するBDコリメートレンズ105と、コリメートレンズ駆動機構109を備えておりBDコリメートレンズ105を光軸に沿って平行移動させることにより前記L0層と前記L1層を記録再生する。
図9はBD対物レンズ108からの出射強度を光線追跡ソフトにより計算し、データ保護層厚さ87.5μmの時を基準(1)としてL0層とL1層におけるBD対物レンズ108からの出射強度をプロットしたグラフである。なお、この計算を行うにあたり、図10に示すモデルにて市販の光線追跡ソフトを用い、BD対物レンズ108、BDコリメートレンズ105、補助レンズ104の最適化計算を行った。
図9の901に示す特性曲線より、BD対物レンズ108からの出射強度はL0層とL1層でほぼ等しくなっていることがわかる。ここで、BDコリメートレンズ105から第2の対物レンズであるBD対物レンズ108までの換算面間隔(空気長に換算した面間隔)をL、前記BD対物レンズ108の焦点距離をf0、前記BDコリメートレンズ105の焦点距離をfcpと表記したとき、前記Lを前記f0の約5倍から約7倍に、前記Lを前記fcpの約0.75倍から約0.95倍に設定している。
このため、1つのフロントモニタ123について、BD対物レンズ108の出射光量に対するフロントモニタ123の受光量比率(以降、FM感度と呼ぶ)がL0層とL1層とでほぼ等しくなり、L0層とL1層とでフロントモニタ123のゲインを切替えるといった煩雑な手段が不要になるという効果がある。
図11は、BDコリメートレンズ105の焦点距離を10mmに設定して、BDのデータ保護層の厚みに応じてBDコリメートレンズ105を光軸方向に移動させ、球面収差を補正した時の(図示しない)データ層における光スポットの収差を計算した例を示している。1101に示すように補正が無い場合は、光スポット収差が0.15λrmsを超え大きくなってしまうが、1102に示すように補正した場合は、光スポット収差が0.01λrms以下に抑制され、安定した光スポット品質が得られる。なお、この例ではL0層とL1層の中間層からL0層、L1層に対応するのに必要なBDコリメートレンズ105の可動量は約±0.3mmである。
図12、図13はBDのL0層の場合、フロントモニタ光学系において図4を用いて説明した反射部材126の設置角度θZ、θYに対しFM感度を計算した例を示している。図12は横軸に設置角度θY、縦軸に設置角度θZをとりFM感度の分布を示した等高線グラフである。図13は横軸に設置角度θYをとり、設置角度θZをパラメータとして縦軸にFM感度を示したグラフである。
このグラフから反射部材126の設置角度θY=約15°、設置角度θZ=約44°の時FM感度が最大(約7.5%)となることがわかる。しかし、θY=約15°を設計センタにすると、15°よりも小さい方向へのバラツキに対してFM感度が敏感に変化する。これは、フロントモニタ123の受光面129での光強度分布を計算したところ、受光面129で光が蹴られる方向に向かうためであることがわかった。一方、反射部材126の設置角度θZ=約44°を設計センタ値にした場合、設置角度θY方向よりもバラツキに対してFM感度が鈍感であり、安定していることがわかる。以上より、反射部材126の設置角度にバラツキ(仮に±2°程度を想定する)があってもFM感度をできるだけ高く、変動をできるだけ抑えることを考慮すると、反射ミラー103の高さがノミナル値のときには反射部材126の設置角度θY=約17°、θZ=約44°を設計センタ値にすれば良いと考えられる。しかし、前記反射ミラー103の高さは実際0.1mm程度ばらつくことが十分に予想されるので、このばらつきを考慮して検討したところ、反射部材126の設置角度θYの設計センタ値を約18°に設定すればFM感度が反射部材126の設置角度のバラツキの影響を受けにくくなることがわかった。
図14、図15はBDのL1層の場合、反射部材126の設置角度θZ、θYに対しFM感度を計算した例を示している。図14は横軸に設置角度θY、縦軸に設置角度θZをとりFM感度の分布を示した等高線グラフである。図15は横軸に設置角度θYをとり、設置角度θZをパラメータとして縦軸にFM感度を示したグラフである。図11の計算結果より、BD対物レンズ108からの出射強度がL0層とL1層でほぼ等しいため、それが反映されて有意差がない結果となっている。そこで、以後はL0層での計算結果をもとに説明することにする。
さて、図12、図13の計算結果をもとに上記で説明した[数式3]、すなわちP3×FO3×K3<VS の関係を満足しているかどうか検討したところ、FM感度を減らす必要があることがわかった。そこで、図16に示す検討を行った。図16は、反射部材126の設置角度θY=約18°、θZ=約44°に設定し、フロントモニタ123の受光面129の中心線302をBD光軸201からZ方向(BDレーザ光源101のチップ活性層に垂直なθ⊥方向に相当する)にずらした場合のFM感度計算結果を示している。横軸にθ⊥方向(Z方向)へのずらし量を、縦軸にFM感度をとっている。ここで、θ⊥方向(Z方向)へのずらし量の符号+は情報記録媒体131に近づく方向、符号−は情報記録媒体131から離れる方向を示している。この特性曲線1601の結果をもとにして再度、[数式3]、すなわちP3×FO3×K3<VS の関係を満足しているかどうか検討したところ、θ⊥方向(Z方向)へのずらし量を約+1.2mmとし(高さ方向の配置制約より+側にした)、さらに反射部材126の反射面401の反射率を50%以下にする、すなわちFM感度を約1.5%以下にすれば前記[数式3]すなわち、P3×FO3×K3<VS の関係を満足することがわかった。以上の過程をまとめると、(1)反射部材126の設定角度をθZ=約44°、θY=約18°に設定する。(2)1つのフロントモニタ123の受光面129の中心線302をBD光軸201からZ方向に約1.2mm上方に離す。(図2においてΔ=約+1.2mm)
(3)反射部材126の反射面401の反射率を50%以下に設定する。
という複数の手段により、BD光学系でフロントモニタ123の駆動電圧が飽和しない適正光量を受光面129に入射させることが可能となった。
図17(A)、(B)はそれぞれDVD、CDにおけるFM感度を計算した例を示しており、横軸に2波長マルチレーザ111から出射した光の光軸301からZ方向(2波長マルチレーザ111のチップ活性層に垂直なθ⊥方向に相当、また本実施例ではBD光軸201と前記光軸301の高さを等しく設定)にフロントモニタ123の受光面129の中心線302をずらした場合のFM感度計算結果を示している。横軸にθ⊥方向(Z方向)へのずらし量を、縦軸にFM感度をとっている。ここで、θ⊥方向(Z方向)へのずらし量の符号+は情報記録媒体131に近づく方向、符号―は情報記録媒体131から離れる方向を示している。特性曲線1701、1702の結果をもとにして、前記[数式1]すなわち、P1×FO1×K1<VSおよび[数式2]すなわち、P2×FO2×K2<VS の関係を満足しているか検討したところ、θ⊥方向(Z方向)へのずらし量をBD光学系と同じ約+1.2mmとする(図3においてΔ=約+1.2mm)という手段を用いてDVDでのFM感度を約1%、CDでのFM感度を約1.5%にすれば前記[数式1]すなわち、P1×FO1×K1<VSおよび[数式2]すなわちP2×FO2×K2<VS の関係を満足することがわかり、DVD、CDでフロントモニタ123の駆動電圧が飽和しない適正光量を受光面129に入射させることが可能となった。さらに前記の検討結果より、第1のコリメートレンズ系であるコリメートレンズ115の焦点距離と第1の対物レンズであるDVD/CD互換対物レンズ119の焦点距離との比をM1、第2のコリメートレンズ系である補助レンズ104とBDコリメートレンズ105の合成焦点距離と第2の対物レンズであるBD対物レンズ108の焦点距離との比をM2と表記したとき、前記M1と前記M2の比を略1:2とし、BD、DVD、CDの3波長におけるFM感度を略同等の値にすることによって共通フロントモニタ123を使用できることがわかった。
よって、入射させる光の波長により受光感度が異なる特性を持つ3波長フロントモニタに光を導く手段、構成を上記に説明したように工夫することでBD、DVD、CDの3波長ともに適正な光量をフロントモニタの受光面に入射させることが可能となるという効果が得られる。その結果、BD/DVD/CD光学系において1つのフロントモニタを3波長で使用でき省スペース化を図った薄型、小型の光ピックアップを提供することができるという効果が得られる。また、安価な平板状ミラーを使用し、フロントモニタが1個で済み、かつ追加部品が無い構成としたのでコスト面で有利になるという効果も得られる。なお、上記手段、構成はデスクトップパソコンに内蔵または外付けのハーフハイトドライブ対応の光ピックアップに対しても適用可能である。
BD回折格子1801を通過した光ビームは偏光ビームスプリッタ1802を透過したあと、反射ミラー1803を反射し、補助レンズ1804に入射する。補助レンズ1804を透過した光ビームはBDコリメートレンズ1805によって略平行な光ビームに変換される。BDコリメートレンズ1805の駆動機構1806(2点鎖線で囲まれた領域)によりBDコリメートレンズ1805に入射する光ビームと平行な方向(X方向)にBDコリメートレンズ1805を駆動させる。BDコリメートレンズ1805には表面に回折溝が設けられており、BDレーザ光源101の瞬間的な波長変動に起因する色収差を補正する。BDコリメートレンズ1805を通過した光ビームはBD1/4波長板1807に入射し円偏光に変換される。BD1/4波長板1807を通過した光ビームはBD立上げミラー1808でZ方向に反射しBD対物レンズ108に入射し、情報記録媒体131ここではBDの(図示しない)データ層に集光照射される。
(図示しない)データ層で反射した光ビームは、BD対物レンズ108、BD立上げミラー1808、BDコリメートレンズ1805、補助レンズ1804、反射ミラー1803、偏光ビームスプリッタ1802、BD検出レンズ1809を通過し、BD光検出器1810に到達する。BD検出レンズ1809は円柱レンズと球面レンズから構成されており、光ビームはBD検出レンズ1809を通過すると、約45度方向に所定の非点収差が与えられ、FESの検出に使用される。このBD検出レンズ1809は非点収差の方向を任意の方向に回転させると同時にBD光検出器1810上での集光スポットの大きさを決める機能がある。BD光検出器1810に導かれた光ビームは、BDの(図示しない)データ層に記録されている情報信号の検出と、TESおよびFESなど光ディスク上に照射された光スポットの位置制御信号の検出などに使用される。実施例1と同様に、一般的な半導体レーザを用いその出射光ビームを整形しない場合、DVDでは往路倍率を5倍から7倍程度、BDでは10倍から14倍程度に設定すると良く、本実施例でも往路倍率をこの範囲に設定している。本実施例では実施例1と同様に、BD対物レンズ108に入射する光ビームを平行から弱発散、弱収束に変換して球面収差を補正する手段としてBDコリメートレンズ駆動装置1806を設け、BDコリメートレンズ1805を光軸方向に移動させる。また、実施例1と同様にBDコリメートレンズ1805の焦点距離を9〜12mm程度の範囲にすると良く、本実施例でもBDコリメートレンズ1805の焦点距離をこの範囲に設定している。
図19はBD、DVD、CDに対応した薄型光ピックアップの概略を示す上面図、図20(A)は図19のA−A断面図、図20(B)は図19のB−B断面図、図21(C)は図19のC−C断面図、図21(D)は図19のD−D断面図を示している。実施例1、実施例2ではBDとDVD/CDの光学系を独立させた光ピックアップの例であったが、本実施例ではBDとDVD/CDの光学系の光路を途中から共通にした構成の光ピックアップとしたことが実施例1、実施例2と異なる点である。初めに、BD光学系について以下、説明する。BDレーザ光源101から波長約405nm帯の直線偏光の光ビームが発散光として出射される。BDレーザ光源101から出射した光ビームはBD回折格子(1501)に入射する。BD特殊回折格子1901により光ビームは1本のメイン光ビームと4本のサブ光ビームに分岐される。これらの光ビームは5スポット方式によるトラッキング誤差信号(以降、TESと呼ぶ)と、非点収差法によるフォーカスエラー信号(以降、FESと呼ぶ)の生成に利用される。なお、非点収差法や5スポット方式は公知技術のため、ここでは説明を省略する。BD特殊回折格子1901を通過した光ビームは偏光ビームスプリッタ1902を透過したあと、BD補助レンズ1903に入射し、3波長対応プリズム1904の反射面1905で反射し、共通コリメートレンズ1906に入射して略平行な光ビームに変換される。共通コリメートレンズ1906の駆動機構1907(2点鎖線で囲まれた領域)により共通コリメートレンズ1906に入射する光ビームと平行な方向(X方向)に共通コリメートレンズ1906を駆動させる。共通コリメートレンズ1906を通過した光ビームは液晶収差補正素子1908、DVD/CD立上げミラー1909を透過し、BD立上げミラー1910でZ方向に反射し、BD1/4波長板1911に入射し円偏光に変換される。その後、BD対物レンズ108に入射し、情報記録媒体131ここではBDの(図示しない)データ層に集光照射される。なお、前記の3波長対応プリズム1904、共通コリメートレンズ1906、液晶収差補正素子1908、DVD/CD立上げミラー1909はBD、DVD、CDの3波長で共通な光学素子である。上記液晶収差補正素子1908はBD光には作用せずに透過する。BD1/4波長板1911には(図示しない)色収差補正素子が貼り合わされており、BDレーザ光源101の瞬間的な波長変動に起因する色収差を補正する。また、DVD/CD立上げミラー1909にはBDの(図示しない)データ層であるL0層とL1層を記録再生するときに弱発散光、弱収束光が入射するが、このとき発生する非点収差、コマ収差の発生量を計算したところ問題ないレベルであることがわかった。
(図示しない)データ層で反射した光ビームは、BD対物レンズ108、BD1/4波長板1911、BD立上げミラー1910、DVD/CD立上げミラー1909、液晶収差補正素子1908、共通コリメートレンズ1906、3波長対応プリズム1904の反射面1905、BD補助レンズ1903、偏光ビームスプリッタ1902、BD検出レンズ1912を通過し、BD光検出器1913に到達する。BD検出レンズ1912は円柱レンズと球面レンズから構成されており、光ビームはBD検出レンズ1912を通過すると約45度方向に所定の非点収差が与えられ、FESの検出に使用される。このBD検出レンズ1912は非点収差の方向を任意の方向に回転させると同時にBD光検出器1913上での集光スポットの大きさを決める機能がある。BD光検出器1913に導かれた光ビームは、BDの(図示しない)データ層に記録されている情報信号の検出と、TESおよびFESなど光ディスク上に照射された光スポットの位置制御信号の検出などに使用される。一般的な半導体レーザを用いその出射光ビームを整形しない場合、往路倍率を10倍から14倍程度に設定すると良く、本実施例でもこの範囲に設定している。
次に、DVD/CD光学系について以下、説明する。111は2波長マルチレーザを示しており、異なる波長の光ビームを出射するレーザチップをその筐体内に2個搭載したレーザ光源である。2波長マルチレーザ111には、波長約660nmの光ビームを出射する(図示しない)DVDレーザチップと波長約780nmの光ビームを出射する(図示しない)CDレーザチップが搭載されている。まず、DVD光学系について説明する。
2波長マルチレーザ111の(図示しない)前記DVDレーザチップから直線偏光のDVD光ビームが発散光として出射される。(図示しない)前記DVDレーザチップから出射した光ビームは広帯域1/2λ波長板1914に入射し、所定の方向の直線偏光に変換される。なお、広帯域1/2λ波長板1914は、波長約660nm帯と波長約780nm帯の光ビームが入射した場合に、どちらの波長に対しても1/2λ波長板として機能する素子であり、現在のDVD/CD互換光ピックアップでは一般的に用いられている。光ビームは次に波長選択性回折格子1915に入射する。この波長選択性回折格子1915は波長約660nmの光ビームが入射すると、回折角度θAで光ビームを分岐し、波長約780nmの光ビームが入射すると、回折角度θAとは異なる角度θBで光ビームを分岐する光学素子である。このような波長選択性回折格子1915は、回折格子の溝深さや屈折率に工夫をすることで製作でき、近年の2波長マルチレーザ光源を搭載する光ピックアップに使用されている。光ビームは波長選択性回折格子1915により1本のメイン光ビームと2本のサブ光ビームに分岐され、その2本のサブ光ビームはDPPや、差動非点収差方式(DAD)の信号生成に利用される。なお、DPPやDADは公知技術であるため、ここでは説明を省略する。波長選択性回折格子1915を通過した光ビームはダイクロハーフプリズム1916の反射面1920で反射した後、3波長対応プリズム1904を透過し、共通コリメートレンズ1906によって略平行な光ビームに変換される。なお、上記ダイクロハーフプリズム1916は2波長マルチレーザ111から出射された光ビームの一部(例えば10%程度)を透過させ、残りの90%程度の光ビームを反射させてDVD/CD互換対物レンズ119まで導く機能を持つ。また、上記共通コリメートレンズ1906の焦点距離はDVD、CDの往路倍率が5倍から7倍程度になるように設定されている。共通コリメートレンズ1906を進行した光ビームは液晶収差補正素子1908に入射する。この液晶収差補正素子1908はBD光には作用せず、DVDの光ビームに対して所定方向のコマ収差を補正する機能を有している。また、CDの光ビームに対しても補正量は異なるが、DVDと同様にコマ収差を補正することができるよう例えば図5に示すように電極パターンを工夫している。液晶収差補正素子1908を通過した光ビームはDVD/CD立上げミラー1909でZ方向に反射し、広帯域1/4λ波長板1917に入射し円偏光に変換される。広帯域1/4λ波長板1917はDVDとCDの光ビームの両方に1/4λ波長板として機能する光学素子である。その後、DVD/CD互換対物レンズ119に入射し、情報記録媒体131、ここではDVDの(図示しない)データ層に集光照射される。DVD/CD互換対物レンズ119とBD対物レンズ108は2点鎖線で囲まれた対物レンズアクチュエータ1918に搭載されており、図中Y方向とZ方向の並進駆動およびX軸回りの回転駆動をさせることができる。
(図示しない)上記データ層で反射した光ビームは、DVD/CD互換対物レンズ119、広帯域1/4λ波長板1917、DVD/CD立上げミラー1909、液晶収差補正素子1908、共通コリメートレンズ1906、3波長対応プリズム1904、ダイクロハーフプリズム1916、検出レンズ1919を通過し、光検出器1921に到達する。検出レンズ1919は円柱レンズと球面レンズから構成されており、光ビームは検出レンズ1919を透過すると、約45度方向に所定の非点収差が与えられ、FESの検出に使用される。この検出レンズ1919は非点収差の方向を任意の方向に回転させると同時に光検出器1921上での集光スポットの大きさを決める機能を持つ。光検出器1921に導かれた光ビームは、DVDの(図示しない)データ層に記録されている情報信号の検出と、TESおよびFESなどDVDのデータ層に集光照射された集光スポットの位置制御信号の検出などに使用される。ここで、図19の上側が情報記録媒体131の内周方向に相当し、下側が情報記録媒体131の外周方向に相当する。なお、DVD/CD互換対物レンズ119とBD対物レンズ108の2個の対物レンズを情報記録媒体131の接線方向に並べて搭載しているが、光ピックアップを製作する際、DVD/CD互換対物レンズ119とBD対物レンズ108の情報記録媒体131の半径方向と接線方向とで各々の最適チルト角度が異なる場合がある。この最適チルト角度のずれを補正するため、液晶収差補正素子1908は搭載されている。チルト角度のずれはコマ収差に相当するため、液晶収差補正素子1908は情報記録媒体131の半径方向と接線方向のコマ収差を補正する機能を有する。
次にCDの光学系について説明する。2波長マルチレーザ111の(図示しない)CDレーザチップから直線偏光のCD光ビームが発散光として出射される。(図示しない)CDレーザチップから出射した光ビームは広帯域1/2λ波長板1914に入射し、所定の方向の直線偏光に変換される。光ビームは次に波長選択性回折格子1915に入射し、前記回折角度θAとは異なる回折角度θBにより1本のメイン光ビームと2本のサブ光ビームに分岐され、その2本のサブ光ビームはDPPや、DADの信号生成に利用される。波長選択性回折格子1915を通過した光ビームはダイクロハーフプリズム1916の反射面1920で反射した後、3波長対応プリズム1904を透過し、共通コリメートレンズ1906によって略平行な光ビームに変換される。共通コリメートレンズ1906を通過した光ビームは液晶収差補正素子1908に入射する。液晶収差補正素子1908は、CDの光ビームに対しても所定方向のコマ収差を補正する機能を有する。液晶収差補正素子1908を通過した光ビームはDVD/CD立上げミラー1909でZ方向に反射し、広帯域1/4波長板1917に入射し円偏光に変換される。広帯域1/4波長板1917を通過した光ビームはDVD/CD互換対物レンズ119に入射し、(図示しない)CDのデータ層に集光照射される。
(図示しない)CDのデータ層で反射した光ビームは、DVD/CD互換対物レンズ119、広帯域1/4波長板1917、DVD/CD立上げミラー1909、液晶収差補正素子1908、共通コリメートレンズ1906、3波長対応プリズム1904、ダイクロハーフプリズム1916、検出レンズ1919を通過し、光検出器1921に到達する。検出レンズ1919は円柱レンズと球面レンズから構成されており、光ビームは検出レンズ1916を透過すると、約45度方向に所定の非点収差が与えられ、FESの検出に使用される。この検出レンズ1919は非点収差の方向を任意の方向に回転させると同時に光検出器1921上での集光スポットの大きさを決める機能を持つ。光検出器1921に導かれた光ビームは、CDの(図示しない)データ層に記録されている情報信号の検出と、TESおよびFESなどCDのデータ層に集光照射された集光スポットの位置制御信号の検出などに使用される。
本実施例のフロントモニタ光学系について説明する。まず、BDのフロントモニタ光学系について説明する。3波長対応プリズム1904とBD補助レンズ1903の間の上方空間に、実施例1と同様に反射部材1922を図19のY軸回りとZ軸回りに異なる角度傾けて設置し、BDレーザ光源101から出射した光を1つのフロントモニタ123の受光面129まで導くようにしている。なお、DVD、CDのフロントモニタ光学系については実施例1と同様であるためここでは説明を省略する。また、実施例1に対して光学部品の透過率の違いを考慮し、実施例1と同様の検討を行うことによって前記[数式1]すなわち、P1×FO1×K1<VSおよび[数式2]すなわちP2×FO2×K2<VS、[数式3]すなわちP3×FO3×K3<VS の関係を満足し、BD、DVD、CDの3波長で共通フロントモニタ123の駆動電圧が飽和しない適正光量を受光面129に入射させることが可能となる。
実施例1、実施例2とは異なる光学系であってもフロントモニタ光学系について実施例1、実施例2と同様の効果が得られる。また、本実施例では共通コリメートレンズ1906を光軸方向に駆動させることでDVDの2層データ層を記録再生する際に発生する球面収差を補正することが可能であり、2層データ層の記録再生性能を安定させることができるという効果が得られる。さらに、対物レンズアクチュエータ1918について、DVD/CD互換対物レンズ119、BD対物レンズ108の左右両側、図19で上側と下側の領域に駆動部を配置できるので、対物レンズアクチュエータの推力向上を図ることができるという効果もある。
本実施例では実施例3に比べてBD、DVD、CD光を1つのフロントモニタ123まで導く手段が簡素化されているので組立調整がやりやすくなるという効果がある。
103 反射ミラー
108 BD対物レンズ
111 2波長マルチレーザ
119 DVD/CD互換対物レンズ
123 1つのフロントモニタ
124 2波長マルチレーザ111からの出射光の進行方向を示す矢印
125 BDレーザ光源101からの出射光の進行方向を示す矢印
126 反射部材
127 反射部材126により光路が斜めに変更された進行方向を示す矢印
129 受光面
131 情報記録媒体
201 BDレーザ光源からの出射光軸
301 2波長マルチレーザ111からの出射光軸
302 1つのフロントモニタ123の中心軸
401 反射部材126の反射面
Claims (5)
- 波長λ1と波長λ2(λ2<λ1)の光ビームを出射する第1のレーザ光源と、
前記第1のレーザ光源から出射される波長λ1と波長λ2の光ビームを情報記録媒体の情報記録面に集光する第1の対物レンズと、
波長λ3(λ3<λ2)の光ビームを出射する第2のレーザ光源と、
前記第2のレーザ光源から出射される波長λ3の光ビームを情報記録媒体の情報記録面に集光する第2の対物レンズと、
前記第1のレーザ光源から出射された波長λ1と波長λ2の光ビームと前記第2のレーザ光源から出射された波長λ3の光ビームとの光量をモニタする光量モニタ素子と、
を備え、
前記光ピックアップは前記第1のレーザ光源と第1の分岐光学素子と第1のコリメート
レンズ系と前記第1の対物レンズとを含む第1の光学系と、前記第2のレーザ光源と第2
の分岐光学素子と第2のコリメートレンズ系と前記第2の対物レンズとを含む第2の光学
系と、
を有し、
前記第1の対物レンズと前記第2の対物レンズが情報記録媒体の半径方向に並べて配置
され、
前記第1の光学系と前記第2の光学系とを、前記第1の対物レンズと前記第2の対物レ
ンズの中心を結び情報記録媒体に垂直な面に対して一方側に設けた、
光ピックアップ。 - 波長λ1と波長λ2(λ2<λ1)の光ビームを出射する第1のレーザ光源と、
波長λ3(λ3<λ2)の光ビームを出射する第2のレーザ光源と、
前記第1のレーザ光源からの光ビームを情報記録媒体に集光する第1の対物レンズと、
前記第2のレーザ光源からの光ビームを情報記録媒体に集光する第2の対物レンズと、
前記第1のレーザ光源から出射される光ビームの光量と前記第2のレーザ光源から出射される光ビームの光量とをモニタする光量モニタと、
を有し、
前記光量モニタは、前記第1のレーザ光源から出射される光ビームの内で前記第1の対物レンズの有効径内の光量をモニタし、前記第2のレーザ光源から出射される光ビームの内で前記第2の対物レンズの有効径外の光量をモニタする、
光ピックアップ。 - 請求項2記載の光ピックアップであって、
前記光量モニタの受光面の中心が前記第1のレーザ光源から出射される光ビームの光軸と前記第2のレーザ光源から出射される光ビームの光軸とを含む平面上にないように、前期光量モニタが配置される、
光ピックアップ。 - 波長λ1と波長λ2(λ2<λ1)の光ビームを出射する第1のレーザ光源と、
前記第1のレーザ光源から出射される波長λ1と波長λ2の光ビームを情報記録媒体の情報記録面に集光する第1の対物レンズと、
波長λ3(λ3<λ2)の光ビームを出射する第2のレーザ光源と、
前記第2のレーザ光源から出射される波長λ3の光ビームを情報記録媒体の情報記録面に集光する第2の対物レンズと、
前記第1のレーザ光源から出射された波長λ1と波長λ2の光ビームと前記第2のレーザ光源から出射された波長λ3の光ビームとの光量をモニタする光量モニタ素子と、
を備え、
前記第1のレーザ光源から出射される光ビームを分岐する第1の分岐光学素子と、
前記第2のレーザ光源から出射される光ビームを分岐する第2の分岐光学素子と、
を有し、
前記第2の分岐光学素子は第1の反射部材と第2の反射部材から構成され、該第2の反射部材を前記第2のレーザ光源から出射された波長λ3の光ビームの進行方向を変更して前記光量モニタ素子の受光面まで導くミラーとした、光ピックアップであって、
前記第1のレーザ光源と第2のレーザ光源をそのチップ活性層に平行な方向が前記情報記録媒体とほぼ平行となるように配置し、前記第1のレーザ光源のチップ活性層に水平な方向と垂直な方向の光強度分布の中心近傍に前記光量モニタ素子の受光面を配置するとともに、前記第2のレーザ光源のチップ活性層に垂直な方向の光強度分布の中心から離れた所の強度分布の光を前記第2の反射部材で反射させて前記光量モニタ素子の受光面まで導く、
光ピックアップ。 - ディスク状記録媒体を用い、レーザ光源から出射された光ビームをプリズム、対物レンズ等の光学素子を介してディスク状記録媒体の情報記録面に集光するとともに該情報記録面で反射した光ビームを前記光学素子を介して光検出器に入射させる光学系と、前記対物レンズを駆動する対物レンズアクチュエータと、コリメートレンズを光軸方向に移動させることにより前記ディスク状記録媒体のデータ保護層の厚さ誤差により発生する球面収差を補正する球面収差補正手段を少なくとも備えた光ピックアップにおいて、請求項1から請求項4に記載の光ピックアップと、該光ピックアップを前記ディスク状記録媒体の半径方向に移動させる光ピックアップ送り機構と、前記ディスク状記録媒体を装着して回転駆動するためのディスクモータと、前記光ピックアップと光ピックアップ送り機構および前記ディスクモータを取付けるシャ−シと、前記光量モニタ素子での受光量を検出する電気回路と、前記レーザ光源の制御回路と、信号処理系および制御系を有する電気回路を備えたことを特徴とする光学的情報記録再生装置。
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